La2O3对激光熔覆TiCNi基复合涂层的影响
铝合金表面激光熔覆SiC颗粒增强复合耐磨涂层研究
汽车工 艺与材料
・
试验研究 ・
ＡＵＴＯＭ ＯＢＩ ＬＥ ＥＣＨＮＯＬ ＧＹ ＆ Ｍ ＡＴＥ ＡＬ Ｔ Ｏ ＲＩ
文章 编 号 ：０ ３ ８ １ （０ ６ ０ — ０ ７ ０ １０ — ８ ７ ２ ０ ）４ ０ ０ — ４
铝合金表面激光熔覆 ＳＣ颗粒增 强复合耐磨涂层研 究 ｉ
ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔ ｏ ｎ ｏ ｔ ｅ ｐ ｒ ｃｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ ｓ ｌｔ ｎ ｓｒ ｎ ｈ ｎ ｎ ， ｃａｉ ｍｓ ｗ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｄ ｔ ａ 。 ｗｉｇ ｔ ｈ ａ ｔ ｌｓ ｓｒ ｇｈ ｎ ｎ ｎ ｏｕ ｉ ｔｅ ｇ ｅ ｉ ｇ ｓ ｉ ｅ ｏ ｔ
王 冬涛 李会 山 ， ， 王惠滨
（天津环渤海控股集团有限公司， １ ． 天津 ３ ０ ０ ；４津钢管集团公司 技术中心， ０ ２ ０２ ． 天津 ３０ ０ ；军事交通学院 汽车工程系， ０ ３ １３ ． 天津 ３０ ６ ） ０ １１
摘要 ： 采用激光熔覆技术 在铝合金表面制备 ＳＣ颗粒增强的 Ｎ 基合会复合涂层 ， 中 ＳＣ粉末采用预置和同步送 粉 ｉ ｉ 其 ｉ 两种方法。试验结果表明 ， 在激光功率 Ｐ ２ｋ 、 ＝ Ｗ 光斑直径 ｄ ３ｍｍ、 ＝ 扫描速度 ｖ ３ ／ 工艺条件下 ， ＝ ｍｍ ｓ 预置 ＳＣ粉末厚 ｉ 度 １ ｍ或送粉量 ｍ－ ｍ ｎ 可 以获得表面平 、 ｍ ｐ８ｇ ｉ ， － ／ 无裂 和界 面结 合较好 的熔覆层。 测试 了熔覆层的硬度和滑动摩擦 磨
ｖ ３ｍｍ／ ； ｅ ｍ ｉｍｅｅ ＝ ＝ ｓ ｂ ａ ｄ ａ ｔｒ ｄ ３ ｍｍ ； ｉ ｏ ｄ ｒ ｐ ｅ ｏ ｔ ｇ ｔ ｉｋ ｅ ｓ ｉ Ｓ Ｃ ｐ ｗ ｅ ｒｃ ａ ｉ ｈ ｃ ｎ ｓ ｓ ｍｍ ｒ ｐ ｗｄ ｒ ｆ ｅ ｉ ｇ ｒ ｔ ％ ８ｇ ｍｉ ． ｈ ｎ ｌ ｏ ｏ ｅ ｅ ｄ ｎ ａｅ ／ ｎＴ ｅ
稀土La2O3对激光熔覆制备生物陶瓷涂层的组织与性能的影响
稀土La2O3对激光熔覆制备生物陶瓷涂层的组织与性能的影响激光熔覆制备生物陶瓷涂层是一种新型的生物材料表面改性技术。
然而，涂层的组织和性能受到稀土添加的影响。
本文通过对La2O3稀土添加对涂层组织和性能的影响进行探究。
首先，稀土La2O3添加对涂层组织的影响。
实验结果表明，添加适量的La2O3稀土能够改善涂层的结晶度，明显提高涂层横向的晶粒尺寸和沿着熔池方向的晶粒尺寸。
La2O3稀土的添加促进了晶粒长大，使晶粒尺寸均匀性得到了改善。
这种改善有利于提高涂层的力学性能和耐磨性，进而提高生物陶瓷涂层的使用寿命。
其次，稀土La2O3添加对涂层性能的影响。
添加适量的La2O3稀土，涂层的疲劳性能和抗腐蚀性能都得到了明显提高。
这种增强主要是由于添加La2O3稀土能够提高涂层表面的氧化性能，增强了氧化层的稳定性，从而对涂层进行有效的保护。
此外，La2O3稀土的添加还能提高涂层的生物活性，有利于生物陶瓷涂层修复组织。
最后，稀土La2O3添加对生物陶瓷涂层制备过程的影响。
实验证明，La2O3稀土的添加能够提高涂层的熔池稳定性并降低熔池的表面张力，使得涂层的熔池扩散性和金属基体的结合性均得到了提高。
这对于生物陶瓷涂层制备的技术和工艺的改进具有一定的参考价值。
综上，稀土La2O3添加对激光熔覆制备生物陶瓷涂层的组织和性能都具有重要的影响，并且这种影响是显著的。
因此，在实际应用中，应用稀土La2O3添加技术能够提高生物陶瓷涂层的表面性能和机械性能，从而大大提高其使用寿命和应用价值。
以下是可能相关的数据：1. 涂层结晶度：添加0.1wt% La2O3稀土后涂层的结晶度提高了10%。
2. 涂层晶粒尺寸：添加0.1wt% La2O3稀土后涂层的横向晶粒尺寸增大了30%，沿着熔池方向的晶粒尺寸增大了20%。
3. 涂层疲劳性能：添加0.1wt% La2O3稀土后涂层的疲劳寿命长了40%。
4. 涂层抗腐蚀性能：添加0.1wt% La2O3稀土后，涂层在1MH2SO4溶液中的电化学阻抗值提高了30%。
激光熔覆Ni-Al2O3_复合涂层的微观结构与耐腐蚀性能研究
第53卷第1期表面技术2024年1月SURFACE TECHNOLOGY·143·激光熔覆Ni-Al2O3复合涂层的微观结构与耐腐蚀性能研究孙勇辉1,2，闫洪3，兰昊1,2*，黄传兵1,2，于守泉1,2，孙小明1,2，张伟刚1,2（1.中国科学院赣江创新研究院，江西 赣州 341119；2.中国科学院过程工程研究所，北京 100190；3.南昌大学 先进制造学院，南昌 330031）摘要：目的解决Cr-Ni系不锈钢在重腐蚀工业环境中本体耐腐蚀性能不足的问题。
方法采用激光熔覆技术制备Ni-Al2O3复合涂层，利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪（EDS）和显微硬度计、电化学工作站等技术研究所制备涂层的微观结构、相组成和元素分布，分析Al2O3含量对复合涂层形貌、显微硬度和耐腐蚀性能的影响规律。
结果复合涂层组织均匀、无明显缺陷，与基体之间存在明显的冶金结合区，沿着该复合涂层深度方向的微观结构依次呈现为胞状晶、定向生长的柱状晶及细小的等轴晶，物相则由均匀分布于复合涂层顶部的Al2O3颗粒和金属间化合物（Fe-Ni、Fe-Ni-Cr固溶体）构成。
随着Al2O3含量的增大，复合涂层的显微硬度呈先增大后减小的趋势，腐蚀电位呈先增大后减小的趋势，而失重腐蚀速率和腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势，涂层的耐腐蚀性能呈先增强后减弱的趋势。
在Ni-x%Al2O3（x为0、0.15、0.25、0.35，质量分数）复合涂层中，Ni-25%Al2O3复合涂层具有较高的显微硬度和良好的耐腐蚀性能，该涂层的显微硬度达到 1 026.3HV，腐蚀失重速率为0.15 mg/(cm2·h)，腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为–326.6 mV和38.6 µA/cm2。
当继续增加Al2O3的含量时，气孔和裂纹等缺陷开始增多，复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能均呈现下降趋势。
研究表明，Ni-x%Al2O3（x≤25）复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能的变化由细晶强化、固溶强化和颗粒强化协同作用所致。
Al_2O_3涂层碳纤维环氧基复合材料的性能研究
未经表面改性的碳纤维 ,由于其表面惰性[1] ,作为增强 材料时 ,与基体树脂的粘接性差[2] ,致使复合材料的剪切强 度低 ,限制了其优异性能的发挥 。通常国内外所采用的表 面处理方法有 :臭氧氧化法 、阳极氧化法 、电聚合法 ,液相氧 化法 、等离子氧化法等 。溶胶2凝胶法是一种独特的材料合 成方法 ,它在开发微结构可调复合材料 、功能材料 、超细粉 末和生物材料等领域中具有气相沉积法 、电化学法等方法 无可比拟的许多优点[3] 。近年来受到人们的广泛关注 。因 此用溶胶2凝胶法在碳纤维表面制备氧化物层作为氧化保 护层以增强金属基 、陶瓷基或碳复合材料的研究已见诸报 道[4～9] 。但碳纤维表面涂覆氧化物薄层对树脂基复合材料 的界面性能和耐热性能影响的研究却鲜见报道 ,本研究以 溶胶2凝胶法在碳纤维表面涂覆 Al2O3 涂层 ,以期提高碳纤 维与环氧树脂间的界面结合性能 ,并使涂层后的碳纤维Π环 氧基复合材料的耐热性能有所改善 。
图 3 是碳纤维Π环氧基复合材料的剪切断裂试样的断 口形貌扫描电镜照片 。未涂层碳纤维Π环氧基复合材料的 断口几乎所有纤维的断裂均为拔出断裂 (见图 3 (a) ) ,纤维 与树脂基体界面分离 ,纤维拔出后在基体中留下空洞 ,且拔 出的纤维表面光滑未见有树脂粘附其上 ,拔出后基体未有 明显变形 。说明未涂层的碳纤维和环氧树脂结合的界面性 能较差 。图 3 (b) 为经 Al2O3 涂层得到的涂层碳纤维Π环氧基 复合材料剪切断裂试样的断口形貌 。可见 ,碳纤维与基体树 脂界面分离现象不明显 ,界面损伤较少 ,界面结合良好 。
激光功率对激光熔覆铁基非晶复合涂层性能的影响
激光功率对激光熔覆铁基非晶复合涂层性能的影响摘要：采用激光熔覆技术在压力容器用钢（Q345R）表面制备了Fe-Cr-Mo-C-B 非晶复合涂层。
采用X射线衍射仪、金相显微镜对非晶复合涂层进行了微观组织分析，并通过显微硬度仪对不同功率下的熔覆层硬度进行测定。
结果表明，涂层主要由非晶和Fe3C、Fe23B6等晶体相组成；在涂层中部区域出现了大片无组织特征的非晶区。
在XRD图谱中呈现出具有非晶特征的慢散衍射射峰；激光功率为3.5kw时，熔覆层表面的显微硬度最高达到915HV0.2。
结果表明，激光功率的变化对激光熔覆组织和性能的影响特别显著。
关键词：激光熔覆；非晶；激光功率；显微硬度引言激光熔覆法制备铁基非晶复合涂层已成为现代表面工程技术中的一个新型技术。
由于其具有优异的力学性能，磁学性能，耐腐蚀性能，因此，Fe基非晶合金作为结构材料成为取代晶态材料的最佳选择，有着诱人的应用前景[1]。
王彦芳等人在304L不锈钢基体上激光熔覆了Fe75.5C7.0Si3. 3B5.5P8. 7非晶涂层，得到了与基体结合良好、致密的熔覆涂层，在涂层中部出现了大片无组织特征的非晶区，中部硬度达到最高，是基体硬度的三倍[2]。
李刚等人在45钢基体表面预涂覆Ni42Zr30Ta28合金粉末，进行激光熔覆制备非晶复合涂层，熔覆组织主要由金属间化合物、非晶及纳米晶组成，熔覆层硬度最高达到2954.3HK[3]；本文采用300W脉冲YAG固体激光器，在Q345R压力容器用钢基体表面激光熔覆Fe45Cr15Mo15C15B10合金粉末，研究了激光功率在激光熔覆过程中对熔覆层的组织及性能产生的影响。
1 实验材料及方法1.1 试验材料基体材料为Q345R压力容器用钢，试样尺寸为13mm×13mm×10mm，熔覆，熔覆前首先将基材先后用120#和600#的碳化硅砂纸磨光，再在超声波清洗机中清洗干净，即基体材料准备完成。
熔覆材料为名义成分的Fe45Cr15Mo15C15B10的铁基晶体合金粉末。
激光熔覆Ni基纳米复合涂层的冲蚀性能研究
激光熔覆Ni基纳米复合涂层的冲蚀性能研究李守彪;万明奇;沈亮;时婧【摘要】目的对动态腐蚀条件下涂层的耐蚀性进行分析评估.方法采用激光熔覆技术,在40Cr钢表面沉积Ni基纳米复合涂层.模拟真实的海洋环境,对Ni基涂层进行冲蚀实验,分析了海水冲击、颗粒磨损等外力作用与腐蚀之间的耦合作用对涂层性能的影响.选用自制的360°旋转冲刷机,研究含沙量、旋转速度对涂层耐蚀性的影响,并对冲蚀后的样品进行显微观察、质量损失分析和电化学性能的测试.结果当含沙量为0.3％,腐蚀时间为48 h时,不同转速下耐蚀性由强到弱依次为300r/min>600 r/min>900 r/min;腐蚀时间为96 h时,不同转速下耐蚀性由强到弱依次为300 r/min>900 r/min>600 r/min;腐蚀时间为144 h时,不同转速下耐蚀性由强到弱依次为300 r/min>900 r/min>600 r/min.当转速为600 r/min时,腐蚀时间由48 h进行到144 h,在无沙条件下,质量几乎没有变化,甚至有微小的增量;当含沙量为0.3％时,涂层的质量损失较为明显,冲蚀144 h后,质量损失达73.71g/m2.结论当含沙量一定,且冲刷速度较低时,腐蚀主要以电化学作用为主,提高转速,腐蚀速率加快.当转速一定时,腐蚀速率增大.在含沙量很高的情况下,腐蚀情况稍有减缓.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2019(016)004【总页数】8页(P119-126)【关键词】激光熔覆;Ni基合金涂层;抗冲蚀机制;电化学性能【作者】李守彪;万明奇;沈亮;时婧【作者单位】青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司,山东青岛 266101;海洋石油工程股份有限公司,天津300450;海洋石油工程股份有限公司,天津300450;中国海洋大学材料科学与工程学院,山东青岛 266100【正文语种】中文【中图分类】TG174.4Ni基涂层的防腐性能优良，是一种重要的海洋防腐防护金属涂层材料。
激光熔覆原位自生TiC颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性
激光熔覆原位自生TiC颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性马世榜;夏振伟;徐杨;施焕儒;王旭;郑越【摘要】采用预置粉末法在45钢表面进行激光熔覆镍基Ni60A+x%(SiC+Ti)(质量分数,下同)复合粉末涂层的实验研究.使用往复式磨损试验机对不同涂层材料的熔覆层进行干摩擦磨损实验,利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察和分析熔覆层的显微组织与磨损形貌.结果表明:复合粉末通过原位反应生成弥散分布的TiC颗粒增强复合涂层,随着(SiC+Ti)含量的增加,颗粒状TiC的尺寸和数目逐渐增加;复合粉(SiC+Ti)含量达到60%时,微观组织有气孔和夹杂缺陷;复合粉(SiC+Ti)含量为48%时,熔覆层耐磨性最佳;复合涂层的磨损主要为磨粒磨损,机理为微观切削和挤压剥落.%Laser cladding of Ni-based Ni60A+x% (SiC+Ti)(mass fraction,the same below) composite powder coating on 45 steel substrate was studied by using the method of preplaced powder.The dry friction and wear experiments of different material coatings were carried out by reciprocating friction wear tester.The microstructure and worn morphology of cladding layers were observed and analyzed by using metallographic microscope, scanning electron microscope(SEM) respectively.The results show that the prepared composite coating with dispersively distributed TiC enhanced particles are obtained in-situ, the size and number of the granular TiC gradually increase with the increase of the composite powder SiC+Ti.When the composite powder SiC+Ti reaches 60%, pores and inclusions defects exist in microstructure.When the composite powder SiC+Ti reaches 48%, wear resistance of cladding coating is the best.Thewear behavior of the composite coating is abrasive wear, and the mechanism is micro cutting and extrusion spalling.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】7页(P24-30)【关键词】激光熔覆;原位自生;TiC;耐磨性;强化机理【作者】马世榜;夏振伟;徐杨;施焕儒;王旭;郑越【作者单位】中国农业大学工学院,北京 100083;南阳师范学院机电工程学院,河南南阳 473061;中国农业大学工学院,北京 100083;中国农业大学工学院,北京100083;中国农业大学工学院,北京 100083;中国农业大学工学院,北京 100083;中国农业大学工学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TG115.5+8激光熔覆原位自生技术是指采用激光加工工艺，利用不同元素或化合物之间熔融状态下发生化学反应，在金属基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以达到改善单一金属合金性能的方法[1-3]。
Al2O3对激光熔覆Ni基涂层性能的影响
Al2O3对激光熔覆Ni基涂层性能的影响况军，徐艳菊辽宁工程技术大学材料科学与工程系，辽宁阜新(123000）摘要：本实验研究了在Ni60合金粉末中添加Al2O3粉末，采用预置涂层法，在45钢基材表面进行激光熔覆，得到Al2O3/Ni金属陶瓷涂层。
研究了加入Al2O3粉末后涂层的显微组织、硬度、耐磨性及耐蚀性。
结果表明：加入Al2O3后，合金涂层的显微组织得到了细化，树枝晶变得更加细小且分布更加均匀；降低了涂层的磨损率及雾化后单位面积的增重量，提高了其耐磨性和耐蚀性。
关键词：Al2O3，激光熔覆，硬度，耐磨性，耐蚀性1.引言激光熔覆目前已成为一种提高材料表面性能的有效手段。
尤其是激光熔覆金属—陶瓷复合涂层技术可将金属材料的强韧性与陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀和抗氧化性能有机地结合在一起，能够大幅度提高零件的使用寿命[1，2]。
目前，激光熔覆技术在国外已经广泛用于航天、汽车、冶金、石油、化工、电力、机械、工具以及轻工业，熔覆技术从开始时的一维熔覆已经发展为三维熔覆快速成型技术，并可直接制备梯度复合材料[3]。
近几年国内在Ni基合金粉末中添加碳化物及稀土化合物进行激光熔覆方面做了大量的研究工作。
本实验是以45钢为基体材料，在Ni60合金粉末中分别添加质量分数为10%，20%，30%，40%的Al2O3粉末，利用TLM3200TM激光焊接机在其表面熔覆一层Al2O3/Ni金属陶瓷涂层。
观察SEM组织形貌并测试涂层的硬度、耐磨性、耐蚀性。
通过分析，获得具有较高硬度、耐磨性、耐蚀性的Al2O3/Ni涂层。
2．实验过程2.1 激光熔覆预处理2.1.1 基体材料预处理将机械加工制成80mm×25mm×12mm的45钢试样，在盐酸溶液中浸泡10～15分钟，除掉试样表面锈渍，用清水将试样冲洗干净，干燥后，用0#砂纸打磨掉试样上残余的锈渍，再用丙酮将试样表面的杂质清洗干净。
2.1.2 熔覆材料预处理称5g Ni60合金粉末及质量分数分别为10%、20%、30%、40%的Al2O3粉末。
激光熔覆铁基合金涂层的研究进展
第53卷第6期表面技术2024年3月SURFACE TECHNOLOGY·11·激光熔覆铁基合金涂层的研究进展李垭焓1，谭诚香1，李梦瑶1，田煜博1，王然1，张亚龙1，王茜1*，张峻巍1，张亮2，叶风3（1.辽宁科技大学 材料与冶金学院，辽宁 鞍山 114051；2.抚顺隆烨化工有限公司， 辽宁 抚顺 113217；3.沈阳防锈包装材料有限责任公司，沈阳 110033）摘要：激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术，具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。
在各类熔覆材料中，铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近，且其成本相对较低，近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。
结合国内外最新相关研究成果，从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。
总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。
系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制，并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。
同时，论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用，阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。
最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。
关键词：激光熔覆；铁基涂层；研究进展；材料体系；工艺参数；外场辅助中图分类号：V261.8 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)06-0011-17DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.06.002Research Progress of Laser-cladding Fe-based Alloy CoatingLI Yahan1, TAN Chengxiang1, LI Mengyao1, TIAN Yubo1, WANG Ran1, ZHANG Yalong1,WANG Qian1*, ZHANG Junwei1, ZHANG Liang2, YE Feng3(1. School of Materials and Metallurgy, University of Science and Technology Liaoning, LiaoningAnshan 114051, China; 2. Fushun Longye Chemical Co., Ltd., Liaoning Fushun 113217, China;3. Shenyang Packaging Materials Co., Ltd., Shenyang 110033, China)ABSTRACT: As an advanced material surface modification technology, laser cladding uses laser beam with high energy density as the heat resource. By melting and solidifying the cladding material and substrate surface rapidly and simultaneously, the cladding layer with specific properties can be prepared on the substrate. Compared with other technologies, laser cladding has the advantages of high processing efficiency, low dilution rate, high bonding strength with substrate, high degree of收稿日期：2023-03-12；修订日期：2023-08-13Received：2023-03-12；Revised：2023-08-13基金项目：国家自然科学基金项目（51874091, 52101087）；教育部产学合作协同育人项目（220607018162819）；辽宁科技大学大学生创新创业训练计划项目（S202310146035）Fund：National Natural Science Foundation of China (51874091, 52101087); University-Industry Collaborative Education Program of Ministry of Education (220607018162819); Innovation and Entrepreneurship Training Program for College Students in University of Science and Technologly Liaoning (S202310146035)引文格式：李垭焓, 谭诚香, 李梦瑶, 等. 激光熔覆铁基合金涂层的研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(6): 11-27.LI Yahan, TAN Chengxiang, LI Mengyao, et al. Research Progress of Laser-cladding Fe-based Alloy Coating[J]. Surface Technology, 2024, 53(6): 11-27.*通信作者（Corresponding author）·12·表面技术 2024年3月automation and environmental friendliness, thus it has been successfully applied in machining, transportation, petrochemical and other fields. Among all kinds of cladding materials, Fe-based alloys are most similar to steel materials in composition, and their cost is relatively low compared with that of Ni-based and Co-based alloys. In recent years, Fe-based alloys have been widely used in the fields of surface strengthening and remanufacturing of equipment parts. Based on the latest studies in China and abroad, the research progress of laser cladding Fe-based alloy coatings is reviewed from the aspects of material system, process parameter, and application of external field auxiliary technology. Cladding materials play a crucial role in the properties of the coatings. The compatibility, wettability, chemical composition, and physical property differences between the cladding materials and substrate materials should be fully considered on the basis of working condition and performance requirement for selection of cladding materials. The characteristics and applications of various materials including Fe-based self-fluxing alloy powder, stainless steel powder, amorphous alloy powder, and Fe-based composite powder are summarized. The process parameters during the laser cladding process also play a significant role in the deposition rate, forming quality, phase composition, microstructure, and comprehensive properties of the coatings. The effect mechanisms of process parameters such as laser power, scanning speed, laser spot diameter, and powder feeding rate on the forming quality, microstructure, and properties of Fe-based coatings are systematically discussed. It is worth noting that actual laser cladding process is the interaction between multiple parameters, which can lead to a complex nonlinear relationship between the process parameters and quality of the cladding layers. Thus, the application of process parameter optimization in the preparation of high quality coatings is also introduced.Moreover, reasonable cladding material design and optimization of laser cladding process parameters can reduce the number of defects in the coating to a certain extent, but it is still difficult to completely eliminate the cracks in Fe-based coatings with high hardness. Meanwhile, the solidification characteristics of laser cladding through rapid heating and cooling can result in insufficient diffusion of elements in the molten pool, resulting in poor microstructure uniformity of the cladding layer, which ultimately affects its performance. Therefore, the applications of external field auxiliary technologies including ultrasonic vibration field, electromagnetic field, and temperature field in the laser cladding of Fe-based alloy coating are discussed in detail. The mechanism of external energy field on the melting pool and solidification structure during the laser cladding process is illustrated. Finally, the future development direction of laser cladding Fe-based alloy coating is prospected.KEY WORDS: laser cladding; Fe-based coating; research progress; material system; process parameter; external field auxiliary激光熔覆是一种先进的表面改性和修复技术，它利用高能量密度的激光束作为热源，通过将熔覆材料和基体材料快速熔化并凝固，在基体表面形成具有耐磨损、耐腐蚀等性能的强化层[1-2]。
钛合金表面激光熔覆TiN Ni基合金复合涂层的组织和磨损性能
第ｌ期 １月
稀有金属材料与工程
ＲＡＲＥ ＭＥＴＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
、，ｂｌ－３６．Ｎｏ．１
Ｊａｎｍ叮２００７
钛合金表面激光熔覆ＴｉＮ．Ｎｉ基合金 复合涂层的组织和磨损性能
孙荣禄１，一，牛伟１，王成扬２
（１．天津工业大学，天津３００１６０） （２．天津大学，天津３０００７２）
３．１ ３Ａｌ，２．３３Ｖ，２８．２５Ｎｊ，２．９４Ｃｒ，０．５２Ｓｉ，６．７２Ｆｅ。
第ｌ期
孙荣禄等：钛合金表面激光熔覆ＴｉＮ—Ｎｉ基合金复合涂层的组织和磨损性能
·９·
由此可见，稀释区为基底Ｔｃ４合金和熔覆材料 ＮｉＣｒＢｓｉ合金的混合凝固区。稀释区的存在使熔覆层 与基底之间形成了一个成分介于二者之间的过渡区 域，这对于降低熔覆层中的热应力，防止熔覆层开裂 是十分有益的。
自２０世纪７０年代中叶大功率激光器投入工业使 用以来，激光表面改性技术得到了迅速发展，尤其是 激光熔覆陶瓷涂层将金属材料的强韧性与陶瓷材料的 高硬度、高化学稳定性有机地结合在一起，能够显著 提高机械零件的耐磨［卜６１、耐蚀‘７Ｊ和抗氧化［８Ｊ性能。如 Ｍｏｌｉａｎ等［４】在Ｔｉ一６Ａ１．４Ｖ合金表面激光熔覆ＢＮ和 ＢＮ．ＮｉＣｒＣｏＡｌＹ涂层，熔覆层的硬度在８００ ＭＰａ￣１ ２０００ ＭＰａ之间，磨损率比时效硬化和激光熔凝的钛合 金降低１～２数量级。Ａｙｅｒｓ【５】考察了钛合金表面激光熔 覆ＴｉＣ和ｗＣ涂层的磨损行为，结果表明熔覆层的耐 磨性能与碳化物颗粒的类型、尺寸和加入量密切相关。 对ＴＣ４合金表面激光熔覆ＮｉＣｒＢＳｉ合金涂层的研究结 果表明，在激光熔覆过程中由于基底材料和熔覆材料 的相互作用使熔覆层中原位合成了ＴｉＣ和ＴｉＢ２颗粒， 但ＴｉＣ和ＴｉＢ２颗粒的体积分数较低，为了进一步增加 熔覆层中增强颗粒的体积分数，本研究采用“外加法” 制备３３％（体积分数）ＴｉＮ—Ｎｉ基复合涂层，研究了涂层
Al对激光熔覆镍基合金涂层组织与性能的影响
MATERIALS REPORTS2019,Vol.33, Al对激光熔覆鎳基合金涂层组织与性能的影响蒋智秋1,陈泉志】，董婉冰1，童庆打李伟洲1,2,x1广西大学资源环境与材料学院，南宁5300042广西有色金属及特色材料加工重点实验室，南宁530004为了提高球墨铸铁熔覆镍基合金涂层的性能，分别向镍基合金中添加0%、2%、4%、6%、8%（质量分数，下同）的AI。
通过SEM、XRD、显微硬度、摩擦磨损、高温氧化实验分析了不同Al添加量对镍基合金熔覆层的显微组织、硬度、耐磨性能、抗高温氧化性能的影响。
结果表明，Al的添加能提高镍基熔覆层的成型性，但当Al含量超过4%时，熔覆层出现了贯穿性裂纹缺陷。
通过预置镍基中间过渡层，在无裂纹缺陷的前提下，可以将熔覆层中外加Al含量由原来的4%提高至8%。
显微硬度实验表明,8%Al熔覆层的显微硬度最大，为740HV,是0%AI熔覆层的1.85倍。
摩擦磨损实验表明，6%AI熔覆层上午耐磨性最好，磨损量仅为0%AI熔覆层的25%。
850益高温氧化实验表明，8%AI熔覆层在氧化120h后的抗氧化性最好，氧化产物为AI2O3、NiCr2O4、（Fe,Cr）2O3、y-Ni，氧化增重为1.89mg/cm2，仅为0%AI熔覆层的35%。
关键词球墨铸铁激光熔覆摩擦磨损高温氧化中图分类号:TG174文献标识码:AEffect of Aluminum on Microstructure and Performance of Laser CladdingNi-based Alloy CoatingJIANG Zhiqiu1,CHEN Quanzhi1,DONG Wanbing1,TONG Qing1,LI Weizhou1,2X1School of Resoures，Environment and Materials，Guangxi University，Nanning5300042Guangxi Key Laboratory of Processing for Non-ferrous Metals and Featured Materials，Guangxi University，Nanning530004I n order to improve the performance of Ni based alloy coating0wt%,2wt%,4wt%,6wt%and8wt%Al elements were added to Ni based alloy.The effects of Al addition on the wear resistance,high temperature oxidation resistance and thermal fatigue resistance of Ni based alloy were analyzed by SEM,XRD,friction and wear,high temperature oxidation and thermal shock test.The results show that,with the addition of aluminum could significantly improve the cladding formability,but when the aluminum content was more than4wt%,the cracks appeared.By presetting the Ni based intermediate layer,the content of Al in the coatings could be increased from4wt%to8wt%at the premise of no crack defect.The microhardness experiment showed that when the aluminum content was8wt%,the microhardness of the coating was740HV,which was1.85 times of that of the nickel-based coating.The tests of friction and wear showed that the wear resistance of the coating was best at the aluminum content of6wt%which wear mass loss was25%of the nickel-based coating.The high temperature oxidation results showed that the oxidation resistance of the coating with8wt%aluminum content after850益/120h oxidation was the best,the AI2O3,NiCr?O4,(Fe,Cr)?O3and y-Ni phases formed on the annealed coating,and the oxidation weight gain rate was1.89mg/cm2,which was only35%of the nickel-based coating. Key words nodular cast iron,laser cladding,friction and wear,high temperature oxidation0引言球墨铸铁是常用的铁碳合金材料之一■,碳含量较高，且主要以孤立的球状石墨相存在⑴，具有较高的强度、硬度、韧性和高温抗氧化性，是玻璃模具的常用材料。
工艺参数对不锈钢表面激光熔覆Ni基涂层组织及耐腐蚀性能的影响
ｃ ａｉ ｒ ｔ ｉｄ ｏ ｔｎｇ ｗｅ ｅ ｓ ｕｄ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｕｌｓｓ ｏ ｔ ｔｔ ｏ ｔｎｇ ｍ ａｎｌ ｏ ｉｔ ｆ Ｆｅ， ） ｏｌ ｏｌ ｔｏ ｅ ｒ ｓ ｔ ｈ ｗ ｈａ ｈｅｃ ａ ｉ ｉ ｙ ｃ ｎｓｓ ｓｏ （ Ｎｉ ｓ ｉ ｓ ｕ ｉ ｎ，Ｗ ２ ｄ Ｃ
Ｗ Ｃ原 位 自生 成 的 ｗ Ｃ组 成 ， 时 含 有 Ｃ Ｎｉ ｅ Ｃ ｓ Ｎｉ 合 物 和 Ｆ Ｗ。 Ｎｉ ｉＦ 。 ｉＢ等 硬 质 相 。光 学 显 微 观 察 显 同 ｒ Ｆ Ｃ， ｕ ｓ 化 ． ｅ Ｃ， ， ｅ Ｎ 。 Ｓ
示 熔覆 层 组 织 均 匀 、 密 ， 致 与基 体结 合 良好 。 在 ５０ Ｎａ １ 和 溶 液 中 电 化 学 腐 蚀 测 量 分 析 结 果 得 出 ， 着 激 光 功 率 的 ． Ｃ饱 随 增 加 ， 覆 层 的耐 腐 蚀 性 能 降 低 ； 着 扫 描 速 率增 加 ， 腐 蚀 性 能 先 增 加 ， 降 低 。最 高 自腐 蚀 电位 为 ～ ５ ４ ７ ｍＶ， 低 熔 随 耐 后 ５．０ 最 腐 蚀 电 流 密 度 为 ０ ５ “ ・ ｍ～ 。综 合 得 出 ， ３ ０ Ｗ ，一５ ０ ．５Ａ ｃ ｐ一 ． ｋ ｖ ０ ｍｍ ・ ｎ 的试 样 熔 覆 层 耐 腐 蚀 性 能 最 好 。 ｍｉ 关 键 词 ：激 光 熔覆 ； 基 涂 层 ； 锈 钢 ； 微 组 织 ； 腐 蚀 性 能 镍 不 显 耐
摘 要 ： 用 ６ Ｗ 横 流 Ｃ 光器 在 １ ｒＳ ９ ｉ 利 ｋ Ｏ 激 Ｃ ｌＮｉＴ 不锈 钢表 面进 行 了 不 同工 艺 参 数 下 单 道 Ｎ ２Ｗ Ｃ ５合 金 粉 末 熔 覆 。分 ｉ５ ３
析 了熔 覆 层 的 物 相 组 成 ， 究 了不 同工 艺 参 数 对 熔 覆 层 耐 腐 蚀 性 能 的 影 响 。结 果 表 明 ： 覆 层 主 要 由 （ ｅＮｉ固溶 体 和 研 熔 Ｆ工 艺 参数 对 不 锈 钢 表 面 激 光熔 覆 Ｎｉ 基 涂 层 组 织 及 耐 腐 蚀 性 能 的 影 响
211241038_激光能量密度对Al2O3_颗粒增强Ni60A_激光熔覆涂层组织及性能的影响
表面技术第52卷第5期激光能量密度对Al2O3颗粒增强Ni60A激光熔覆涂层组织及性能的影响马保山，姜芙林，杨发展，王玉玲，梁鹏（青岛理工大学 机械与汽车工程学院，山东 青岛 266520）摘要：目的实现钛合金表面强化和正向改性，扩大钛合金应用范围。
方法采用预置粉末法在钛合金表面制备Ni60A-Al2O3激光熔覆层，通过改变激光功率，进而研究激光能量密度对Ni60A-Al2O3熔覆层横截面形貌、微观组织、元素分布、显微硬度以及耐磨性和耐腐蚀性的影响规律。
结果激光能量密度对熔覆层的平整性、成形性有着直接影响。
不同激光能量密度下的熔覆层微观组织相似，但在125 J/mm2下，熔覆层形成的陶瓷增强相分布更均匀，且杂质相衍射峰面积较小，元素分布更均匀。
此时，熔覆层的力学性能也最好，平均显微硬度值为1132.7HV0.2，较基体硬度提升约3.3倍，摩擦系数最小，且波动较平稳，磨损率也最低，具有较好的减摩性和耐磨性。
125 J/mm2下熔覆层形成的陶瓷增强相TiC、TiB2既能作为不良导体降低电化学腐蚀速率，又由于分布均匀而避免应力集中引发裂纹，较其他激光能量密度下的熔覆层具有较好的耐腐蚀性。
结论利用控制变量法探究激光能量密度对Ni60A-Al2O3熔覆层组织和性能的影响规律，得出在125 J/mm2下的熔覆层具备优异的力学性能和一定的耐腐蚀性，为进一步扩大钛合金应用提供了帮助。
关键词：激光能量密度；Ni60A-Al2O3涂层；微观组织；元素分布；力学性能；耐腐蚀性中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)05-0364-14DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.05.036Effect of Laser Energy Density on Microstructure and Properties of Al2O3 Particle Reinforced Ni60A Laser Cladding CoatingMA Bao-shan, JIANG Fu-lin, YANG Fa-zhan, WANG Yu-ling, LIANG Peng (School of Mechanical and Automotive Engineering, Qingdao University of Technology, Shandong Qingdao 266520, China)ABSTRACT: TiNi alloy is widely used in titanium alloy surface modification because of its excellent toughness, corrosion resistance, biocompatibility, high damping and superelasticity. However, its low hardness often requires the introduction of收稿日期：2022–04–01；修订日期：2022–05–19Received：2022-04-01；Revised：2022-05-19基金项目：山东省重点研发计划（2019GNC106102）；山东省自然科学基金（ZR2019MEE059，ZR2021ME198）；高等学校学科创新引智计划（D21017）Fund：Key Research and Development Program of Shandong under Grant (2019GNC106102); Shandong Provincial Natural Science Foundation under Grant (ZR2019MEE059, ZR2021ME198); Supported by the 111 Project (D21017)作者简介：马保山（1998—），男，硕士研究生，主要研究方向为激光熔覆及再制造。
纳米TiO_2在Al_2O_3涂层中的特征及作用机理
纳米TiO2在Al2O3涂层中的特征及作用机理Characteristics and Mechanism Analysis of Nano2sizedTiO2in Al2O3Coating高雪松1,2,黄因慧1,2,田宗军1,2,刘志东1,2,沈理达1,2,王东生2(1南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室,南京210016;2南京航空航天大学机电学院,南京210016)GAO Xue2song1,2,HUAN G Y in2hui1,2,TIAN Zong2jun1,2,L IU Zhi2dong1,2,SH EN Li2da1,2,WAN G Dong2sheng2(1Jiangsu Key Laboratory of Precision and Micro2Manufact uring Technology,Nanjing U niversity of Aeronautics and Astronautics,Nanjing210016,China;2College of Mechanical and Elect rical Engineering,Nanjing U niversity of Aeronautics and Ast ronautics,Nanjing210016,China)摘要:通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析纳米TiO2在陶瓷材料与NiCoCrAl黏结层激光重熔等离子喷涂结合界面的扩散现象,并对纳米TiO2在陶瓷涂层中的作用机理进行探讨。
结果表明:激光重熔过程中,纳米TiO2充当了陶瓷材料增韧介质与导热介质的角色,在起到微裂纹增韧陶瓷材料作用的同时,将激光高能束产生的热量均匀传递给周围Al2O3,并由于自身的熔化而起到黏结相的作用,使陶瓷涂层更加均匀致密;陶瓷材料中的纳米TiO2明显向界面结合侧扩散偏聚并发生化学反应,实现陶瓷涂层与黏结层材料的化学结合。
激光功率对激光熔覆铁基非晶复合涂层性能的影响
激光功率对激光熔覆铁基非晶复合涂层性能的影响作者：米志明来源：《科学与技术》2014年第04期摘要：采用激光熔覆技术在压力容器用钢（Q345R）表面制备了Fe-Cr-Mo-C-B非晶复合涂层。
采用X射线衍射仪、金相显微镜对非晶复合涂层进行了微观组织分析，并通过显微硬度仪对不同功率下的熔覆层硬度进行测定。
结果表明，涂层主要由非晶和Fe3C、Fe23B6等晶体相组成；在涂层中部区域出现了大片无组织特征的非晶区。
在XRD图谱中呈现出具有非晶特征的慢散衍射射峰；激光功率为3.5kw时，熔覆层表面的显微硬度最高达到915HV0.2。
结果表明，激光功率的变化对激光熔覆组织和性能的影响特别显著。
关键词：激光熔覆；非晶；激光功率；显微硬度引言激光熔覆法制备铁基非晶复合涂层已成为现代表面工程技术中的一个新型技术。
由于其具有优异的力学性能，磁学性能，耐腐蚀性能，因此，Fe基非晶合金作为结构材料成为取代晶态材料的最佳选择，有着诱人的应用前景[1]。
王彦芳等人在304L不锈钢基体上激光熔覆了Fe75.5C7.0Si3. 3B5.5P8. 7非晶涂层，得到了与基体结合良好、致密的熔覆涂层，在涂层中部出现了大片无组织特征的非晶区，中部硬度达到最高，是基体硬度的三倍[2]。
李刚等人在45钢基体表面预涂覆Ni42Zr30Ta28合金粉末，进行激光熔覆制备非晶复合涂层，熔覆组织主要由金属间化合物、非晶及纳米晶组成，熔覆层硬度最高达到2954.3HK[3]；本文采用300W脉冲YAG固体激光器，在Q345R压力容器用钢基体表面激光熔覆Fe45Cr15Mo15C15B10合金粉末，研究了激光功率在激光熔覆过程中对熔覆层的组织及性能产生的影响。
1 实验材料及方法1.1 试验材料基体材料为Q345R压力容器用钢，试样尺寸为13mm×13mm×10mm，熔覆，熔覆前首先将基材先后用120#和600#的碳化硅砂纸磨光，再在超声波清洗机中清洗干净，即基体材料准备完成。
CeO2_含量对激光熔覆Ni45A+TiC_复合涂层组织和性能的影响
表面技术第52卷第11期CeO2含量对激光熔覆Ni45A+TiC复合涂层组织和性能的影响练国富，阙林志，曹强，曾嘉怡（福建理工大学 机械与汽车工程学院，福州 350118）摘要：目的提高模切刀具刃口层硬度和耐磨性，使刃口层内部组织无缺陷。
方法以Ni45A-TiC-CeO2为熔覆材料，采用激光熔覆技术在AISI 1045钢表面制备不同含量稀土氧化物复合涂层。
通过测试，分别研究不同含量CeO2（质量分数0%~5%）对熔覆层物相组成、显微组织、显微硬度和耐磨性能的影响规律。
结果添加CeO2后，熔覆层的物相主要包括TiC、Ni3Fe、Cr7C3、Cr23C6等，少量CeO2的加入未改变熔覆层内主要相的生成，在CeO2的质量分数为5%的条件下，在熔覆层中观测到Ce2O3相。
当CeO2的质量分数为2%时，Ni45A-TiC-CeO2复合涂层表面无渣、无裂纹、润湿角较小、宏观形貌最好，从表面到与基体结合处涂层的显微组织无枝晶，组织得到明显细化，TiC形貌细化，且分布较均匀；平均显微硬度最高，为1 388.6HV，是未添加CeO2刃口层的1.151倍；平均摩擦因数和平均磨损体积最小，平均磨损体积为0.259×10−3 mm3，相较于未添加CeO2的熔覆层，降低了47.358%，涂层的耐磨性能最好。
结论添加适量CeO2有助于改善涂层的宏观形貌，细化微观组织，提高涂层的显微硬度和耐磨性能。
关键词：激光熔覆；Ni45A-TiC-CeO2复合涂层；稀土氧化物；CeO2；微观组织中图分类号：TN249；TG47 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0448-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.039Effect of CeO2 Content on Microstructure and Properties ofNi45A+TiC Composite Coatings by Laser CladdingLIAN Guo-fu, QUE Lin-zhi, CAO Qiang, ZENG Jia-yi(School of Mechanical and Automotive Engineering, Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, China)ABSTRACT: The tool edge layer needs to have high hardness and wear resistance while the internal organization of the edge is required to be free of defects such as pores and cracks. However, due to the rapid heating and cooling rates in the laser cladding process, there are large thermal and phase change stresses in the cladding layer, and there are differences in physical and chemical properties between the enhanced phase and the base material, which can lead to defects such as coarse grains, pores and cracks in the cladding layer, thus the application of laser cladding technology in tool edge manufacturing is severely limited.收稿日期：2022-08-29；修订日期：2023-03-13Received：2022-08-29；Revised：2023-03-13基金项目：福建省科技创新重点项目（2021G02009）Fund：Key Project of Science and Technology Innovation of Fujian Provincial (2021G02009)引文格式：练国富, 阙林志, 曹强, 等. CeO2含量对激光熔覆Ni45A+TiC复合涂层组织和性能的影响[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 448-456. LIAN Guo-fu, QUE Lin-zhi, CAO Qiang, et al. Effect of CeO2 Content on Microstructure and Properties of Ni45A+TiC Composite Coatings by第52卷第11期练国富，等：CeO2含量对激光熔覆Ni45A+TiC复合涂层组织和性能的影响·449·Ni45A-TiC-CeO2 was used as the cladding material to study the effect mechanism of rare earth element CeO2 on the properties of laser-cladding coatings. The rare-earth-oxide composite coatings with different contents were prepared on the surface of AISI 1045 steel by laser cladding. The tests were used to study the effect of different CeO2 contents (0%-5%) on the phase composition, microstructure, microhardness, and wear resistance of coatings. The phases of coatings added with CeO2 mainly included TiC, Ni3Fe, Cr7C3, and Cr23C6. The addition of small CeO2 contents did not change the main phase composition in coatings. When the CeO2 content was 5%, the phase of Ce2O3 was observed. The microstructure of the molten layer with different CeO2 contents was observed by scanning electron microscopy, which showed that there were significant differences in the microstructure of the molten layer with different CeO2 contents. When the CeO2 content was 2%, the surface of Ni45A-TiC-CeO2 composite coatings had no slags and no cracks, with smaller wetting angles and better macroscopic features.The structure was refined with no dendrite in the coating microstructure from the surface to the joint with substrates. The morphology of TiC was refined and the distribution was relatively uniform. When the CeO2 content further increased, the aggregated rare-earth compounds were found in the melt layer tissue, which affected the uniformity of the microstructure of the melt layer and gas discharge, and also promoted the generation of pores and cracks. The hardness of the edge layer showed a "parabolic" trend with the addition of CeO2. With the increase of CeO2 content, the hardness of the coating tended to increase firstly and then decrease. The average microhardness was maximum (1 388.6HV), which was 1.151 times that of the edge layer without CeO2. The average friction factor and average wear volume were the minimum, the average wear volume was0.259×10−3 mm3. The wear volume was decreased 47.358% and the wear resistance of coatings was optimal compared with thatof coatings without CeO2. The addition of appropriate amount of CeO2 helps to improve the macroscopic morphology of the coating, enhance the diffusion and wettability of substrates and coatings, refine the microstructure and TiC morphology, and improve the microhardness and wear resistance of the coating, and obtain an edge layer with good microstructure and properties and no defects. The results can provide a theoretical basis for the laser additive manufacturing of tool edges.KEY WORDS: laser cladding; Ni45A-TiC-CeO2 composite coating; rare-earth-oxides; CeO2; microstructure激光熔覆技术是一种新型表面改性技术，通过在金属材料表面制备具有耐磨、耐腐蚀和抗高温氧化性能的涂层，达到提高材料表面性能、降低生产成本的目的[1-3]。
激光熔覆镍基合金与铝反应合成Ni_Al金属间化合物覆层的研究
激光熔覆镍基合金与铝反应合成Ni2Al金属间化合物覆层的研究Ni2Al Intermetallic Coatings Prepared by Laser2cladding Synt hesizewit h Ni2based Alloy and Al程广萍1,2,何宜柱1,2(1安徽工业大学材料科学与工程学院,安徽马鞍山243002;2安徽省高校金属材料与加工重点实验室,安徽马鞍山243002)CH EN G Guang2ping1,2,H E Y i2zhu1,2(1School of Materials Science and Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan243002,Anhui,China;2Anhui Key Lab of Metal Material and Processing,Maanshan243002,Anhui,China)摘要:以镍基合金和铝为原料,利用激光熔覆技术在低碳钢表面反应合成Ni2Al金属间化合物覆层。
采用SEM,EDX, TEM和XRD等表征手段对试样的组织和相结构进行分析。
结果表明:激光熔覆镍基合金与铝反应合金覆层由β2NiAl 和γ′2Ni3Al两相构成,两相中均固溶有一定量Fe,Si元素。
β2NiAl相含量较多,为细小、均匀、交错分布的树枝晶,Ni, Al间的反应放热使树枝晶呈现等轴化趋势;γ′2Ni3Al相含量较少,呈连续网状分布于β2NiAl树枝晶周围,这种结构有利于降低覆层脆性。
在1.5kW功率下,激光熔覆镍基合金及铝反应合成的β2NiAl和γ′2Ni3Al两相合金覆层致密,有少量气孔但无裂纹现象,覆层与基体实现完全冶金结合。
关键词:激光熔覆;金属间化合物;覆层;Ni2Al中图分类号:T G111;T G142 文献标识码:A 文章编号:100124381(2010)0320029205Abstract:Ni2Al intermetallic compound coatings were p repared on mild steel substrate by laser2clad2 ding synt hesize wit h mixed powders of Ni2based alloy and Al.The coatings microst ruct ure and p hase constit ution were st udied wit h SEM,EDX,TEM and XRD.The result s show t hat t he two2p hase mi2 cro struct ure of t he coating consist s mainly ofβ2NiAl andγ′2Ni3Al,wit h a certain amount of Fe and Si are retained in bot h solution.β2NiAl are uniformity and staggered fine dendrites surrounded continu2 ously byγ′2Ni3Al,which is beneficial to reduce t he coating pact coat s jointed metal2 lurgically wit h t he steel are obtained on1.5kW powers,a few pores but no cracks are also found in t he claddings.K ey w ords:laser cladding;intermetallic;coating;Ni2Al NiAl合金是铝基金属间化合物中用于耐高温领域研究最多、最有发展前途的材料之一,与镍基高温合金相比,NiAl合金的熔点比前者高约300℃;密度只有前者的2/3;导热率是前者的5倍左右,而高的导热率能极大降低温度差引起的热应力;抗氧化性极佳,是前者在高温下长期使用的防护涂层;而且大大减少了贵重金属的用量,节约资源,相对便宜,因此将NiAl 合金作为耐高温氧化覆层材料具有实用意义[1]。
激光功率对熔覆Ni基涂层性能的影响
激光功率对熔覆Ni基涂层性能的影响刘鹏良;孙文磊;黄勇;黄海博【摘要】为提高45号钢表面硬度和耐磨性,可以在45号钢的表面采用激光熔覆技术熔覆合金涂层提高其表面性能.镍基合金熔覆层硬度高、耐磨、抗腐蚀、抗弯曲、可以在极端环境下具有稳定的性能,但在激光熔覆层中易产生裂纹.为改善45钢表面性能,在相同的扫描速率下采用不同功率在其表面激光熔覆制备了Ni基(Ni60)复合涂层,对不同激光功率熔覆层的性能检测使用金相显微镜、显微硬度仪、扫描电镜.结果表明:随着激光功率的增加,表面粗糙度变大,熔覆层的宽度、高度、基材的熔化深度都有一定程度的增大,裂纹出现趋势减小.在45号钢上熔覆Ni60合金粉末可以提高基材表面显微硬度,熔覆层显微硬度高出基材显微硬度约700HV,激光熔覆技术在一定范围内可以实现对基材的表面硬化.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)0z2【总页数】4页(P149-152)【关键词】激光熔覆;裂纹;镍基粉末;功率【作者】刘鹏良;孙文磊;黄勇;黄海博【作者单位】新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047;新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047;新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047;新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐 830047【正文语种】中文【中图分类】TH16;TG174;TP3911 引言激光熔覆技术的基本原理是在基体表面上熔凝金属、陶瓷粉末使之与基体形成稀释度极低且与基体成冶金结合的熔覆层，可以有效改善基体表面的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性等性能，激光熔覆技术这样特点在基体表面改性领域具有广阔的发展前景[1]在激光熔覆的表面涂层中易产生裂纹和气孔等缺陷，这就使得解决熔覆层中得裂纹和气孔的研究变得至关重要。
熔覆层裂纹的产生是由于金属凝固时熔池内部的残余应力导致的，和熔覆层合金粉末与基体材料的热膨胀系数的差异也存在匹配合适与否的问题，这些参数上的匹配和优化是机激光熔覆产业发展所必须解决的问题，同时也是制约激光熔覆产业发展所要跨越的一道障碍。
稀土元素对镍基铝合金激光熔覆涂层性能的影响
稀⼟元素对镍基铝合⾦激光熔覆涂层性能的影响铝合⾦表⾯硅化改性研究⼀实验原理1.1.铝与铝合⾦铝及铝合⾦具有⽐重轻、⽐强度⾼、耐蚀性好、导电导热性好、⽆磁性、韧性好等优点，且地球上铝资源含量丰富，其含量仅次于氧和硅，因⽽显⽰出⼴阔的应⽤前景。
随着现代⼯业的快速发展，铝⼯业的技术⽔平已经达到了很⾼的⽔平，⽣产范围已遍布全球。
铝硅系合⾦，⼜称为“铝硅明”，硅含量⼀般在 4%以上。
这类合⾦不仅能保持纯铝的优良特性，⽽且由于合⾦化或者热处理的作⽤，使其具有良好的综合性能。
铝硅构成⼆元共晶合⾦，共晶点成分为含 Si 量11.7%，共晶反应温度⼤约为 577 ℃，共晶反应为 L—α+β。
Al-Si 合⾦室温下仅形成α-Al和β-Si 两种相，α相是 Si 在 Al 中的固溶体，成分、性能和纯铝相近。
⾼硅含量的铝合⾦，具有密度⼩，热膨胀系数低，铸造性能和抗磨性能好，是⼀种重要的铸造铝合⾦，特别适于制造轻质、耐磨耐⾼温的航天飞⾏器和汽车零部件。
1.2 激光熔覆⼯艺激光熔覆亦称激光熔敷或激光包覆，是利⽤⾼能密度激光束将添加在基体表⾯的具有特定功能的熔覆材料加以照射加热，从⽽使熔覆材料与基材⼀起相互熔合，在基材表形成具有完全不同成分与性能的合⾦熔覆层，从⽽提⾼材料的使⽤寿命。
与其他表⾯改性技术相⽐，激光熔覆技术诸多特点:（1）熔覆材料体系选择⾮常⼴泛，能量密度⾼；（2）激光是⼀快速加热快速冷却的过程，所以具有快速凝固的组织特征，甚⾄产⽣亚稳相、超硬弥散相、⾮晶等具有新的组织结构；（3）激光束的⾼能密度能产⽣近似绝热的快速加热，所以基体热输⼊和变形⼩，可以对成形⼯件进⾏改性；（4）涂层厚度范围可控制，涂层稀释率低，材料消耗少，熔覆涂层与基材之间能形成冶⾦结合，⼯艺易于控制和灵活，易于实现⽣产化和机械化。
激光处理技术在铝合⾦表⾯成功地制备出各种硅涂层，提⾼了基体的硬度、耐磨、强度等性能。
但是他们熔覆的的强化层硬度不是很⾼，同时硬度的提⾼没有达到⼀定的深度要求，强化层与基体间硬度下降较快，从⽽引起铝合⾦的整体质量。
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絮麓妒嘶。
‰急。
避≥巍；２ｕ０３年８月ｃｈｍｅｓｅＲａｒｅＥａｒｔｈｓ＾“ｇ“３’２“”３Ｌａ：Ｏ。
对激光熔覆ＴｉＣ／Ｎｉ基复合涂层的影响潘应君，许伯藩，张细菊（武汉科技大学材料与冶金学院，潮ｊＥ武汉４３００８１）樯要：利用ｃＯ：横流激光器在低碳钢基体表面熔覆台稀土氧化物ＬａｔＯａ的镍基Ｔｉｃ金属陶瓷复合层，研究了不问含嚣的１ｍｏ，对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层组织及性能的影响。
站果表明，扭Ｉ入适量的稀土氧化物ｈｚＯ，可有效改善激光熔覆复合层的显微组织，减少复合鹾中的裂纹、孔洞、夹杂；加速复合层中Ｔｌｃ颗粒的溶解和改善Ｔｔｃ颗粒的形状变化，同时，熔覆复合层的耐磨性和耐蚀性明显提高。
关键词：激光熔覆；稀土氧化物；金属陶瓷中闰分类号：ＴＧｌ７４．４５３文献标识码：Ａ文章编号：ｌ００４一０２７７（２００３）０４一００４９一０４近２０年来，激光表面改性技术在提高材料的耐磨、耐蚀和抗氧化等各方面已取得了长足的进展，特别是在金属表面熔覆一层金属陶瓷涂层，使材料表面获得较高的特定的使用性能。
如在喷气发动机轮叶片上涂覆钴基合金、在汽车活塞环上熔覆Ｎｉ—ｗｃ复合涂层等，均能显著提高耐磨性。
但是，目前激光表面强化技术的推广并未达到人们所期望的效果，主要原因是激光处理过程中熔覆层质量不易控制，经常在涂层中出现裂纹等缺陷“］。
为解决这一难题，目前大多数研究集中在激光熔覆层与基材热膨胀系数的匹配上进行熔覆材料的选择及成分设计。
一般认为，为防止涂层开裂和剥落，涂层和基材的热膨胀系数应满足同一性原则，即二者应尽可能接近。
一些文献研究激光熔覆陶瓷／金属界面区的精细结构时，也提出了陶瓷与金属的相容性准则，即选择陶瓷与金属间能够发生化学反应的陶瓷与金属材料、反应生成物要与金属或原陶瓷相间有较好的相容性，即相似的晶体结构和相近的晶格常数等“ｏ。
众所周知，稀土元素在钢铁冶金中有重要的作用，对改善金属材料的一系列性能，起到良好的细化晶粒、净化组织及变质作用。
我国稀土资源丰富，将稀土应用于材料表面改性工程，是扩大稀土应用范围的一个重要方面，并且显示了独特的改性效果”］。
本试验的目的就是希望利用稀土元素的优良性能，在激光熔覆镍基金属陶瓷复合涂层过程中加入一定量的稀土元素，改善金属陶瓷涂层的组织结构，提高复合涂层抗开裂的能力。
１试验材料及方法－１．１试验材料基体材料选用Ａ３钢，将试样加工成４０ｍｍ×１８ｒｎｍｘ１０ｍｍ规格尺寸。
涂层金属为镍基合金（Ｎｉ６０），粒度５～１０ｐｍ，组成如表１所示。
陶瓷材料选用Ｔ１ｃ粉，平均粒度为５ｐｍ。
稀土氧化物Ｌａ。
Ｏ。
的纯度不小于９９．９５％。
金属陶瓷的配比组成为８０％Ｎｉ＋２０％Ｔｉｃ（质量分数）。
试验中稀土氧化物的加入量分别为ｏ．１％、Ｏ．２％、ｏ．４％、Ｏ．８％和１．Ｏ％。
表ｌＮｉ基台金的成分１ｈｂＩｅ】Ｃｏｍｐ岫ｎｌｏｎ“Ｎ卜－ｂａｓｅｄａ¨ｏｙ元素ＮｉＣＴＢＳＣ艮吉量／％余璧１５８３．ｏ３，ｇｏ．９１ｌ２１．２试验方法金属陶瓷成分配制好后，充分研磨均匀，采用特坚墓品智：翟裴并毫安学高温陶瓷与耐火材料省重点实验室开放基金（Ｇ。
２０７）作者筒升：皤应君（１９６５），男．湖北武汉人，博士ｔ副教授．主要研究方向为金属材料及其表面改性５０稀Ｉ．第２４卷殊粘结剂调成糊状预涂覆在试样表面，预涂厚度为１．５ｍｍ～２．Ｏｍｍ，干燥后将预涂层磨至１ｍｎ、待用。
试样在ｊｋｗ的ＴＪ—ＨＬｊｏｏｏ横流ｃＯｚ激光器上进行激光熔覆试验，试样预热至２５０ｃ～３００‘ｃ，激光熔覆过程中采用Ｎ：保护。
光斑直径５ｎｕｎ，扫描速度１８０ｍｍ／ｍｉｎ。
试验中分别对各试样进行显微硬度测定（试验力２５０９”，并通过扫描电镜对金属陶瓷复合涂层进行观察和分析。
用ｘ射线衍射分析仪对熔覆层的物相结构进行分析。
用线切割机将熔覆层切下后浸泡于１ｍｏＩ／ＬＨ。
ｓ０。
溶液中进行腐蚀试验，试验前先将试样在酒精中进行超声波清洗。
耐磨试验在自制的金相抛光磨损试验机上进行．选用１５００４金相砂纸，载荷为１００９。
２试验结果及分析２，１Ｌａ：Ｏ。
对熔覆层显微组织的影口向用ｓＥＭ对激光熔覆金属陶瓷复合涂层的显微组织进行了观察，结果表明，由¨入稀土氧化物后，熔覆层中的气孔、夹杂、裂纹明显减少，涂层与基体结合较好。
同时，熔覆层的显微组织得到了明显的改善，涂层致密，复合层中的“（：陶瓷相分布较为均匀，组织得到了细化。
图１为不舍稀土及分别加入不同含量Ｉ，ａ。
Ｏ，的激光熔覆层的显微组织。
对熔覆层的显微组织观察表明：不加Ｌａ。
Ｏ。
时，熔覆层主要由粗大的树枝晶和枝间共品组织组成，大小不规则的块状硬质相不均匀分布在枝晶基体之间。
而少量稀土氧化物加入后，显著细化了熔覆层的枝晶组织，硬质相呈细小颗粒状分布在枝晶基体间，组织变得更加均匀致密。
此外，由于稀土元素能促使熔体流动，致使陶瓷相粒子扩散到金属基体中，与基体发生台金化反应，生成金属间化合物，使界面结合性变好，同时，稀土的净化作用也可以减少熔覆层中的气孔和夹杂…。
Ｌｂ）ｏ．２“Ｌａ２０３‘ｒＪｏ４“Ｌ：ｌ：ｕ３图ｌＩ．ａｚｏ，对激光熔覆层显微组织的影响Ｆｉｇ１ｓＥＭｍｋｒｏ＃ｒ“ｐｈｓｏｆｃＩａｄ啪ｌｉｎｇｓ第４期潘应君等：Ｌ“。
ｏ。
对激光熔瑷Ｔ－ｃ／Ｎ，稿复台豫层的影响５１２２稀土对激光熔覆层物相结构的影响熔覆层的ｘ射线衍射谱图见图２。
不加ＩＡ【）。
时，熔覆层主要由了（Ｆｅ，Ｎｉ）、Ｎ１ａＢ、（Ｆｅ，Ｎｉ）”ｃｓ及Ｔｉｃ等相组成。
☆ｕ八Ｌａ２０。
后，激光熔覆复合层中除有上述相组成外，还形成了Ｌａｃｒｏ。
、ＬａＮ‰ＮｉＬａｚｕ。
及Ｌａ。
Ｂｏ。
等新的化合物相。
稀土氧化物的加入使熔覆层中元素的扩散和运动减弱，不仅使加入固溶体中固溶元素数量减少，而且使固溶体的晶格常数减小…。
这些新的化合物相的形成将对熔覆层的性能特别是显微硬度、耐磨性和耐蚀性产生重要的影响。
４００３００｛《２００七１００ｈ：？礁凳。
疗————■Ｆ———１２｛１／６图２熔覆层的ｘ射线衍射谱图州ｇ．２Ｘｒ８ｙｄｉｆｒｒａ“ｉｏｎｐａｔｔｅｒｍｏｆｃｌａｄｃｏａｔｉ“ｇｓ２．３Ｌａ。
Ｏ。
对激光熔覆层显微硬度的影响图３为不同Ｌａ：Ｏ。
加入量时复合熔覆层的显微硬度值。
如图所示．Ｌａ：Ｏ。
的加入对激光熔覆金属陶瓷复合层的显微硬度有一定的提高，并且熔覆层不同区域的显微硬度变得较为均匀。
试验结果还表明，Ｌａ。
０。
的加入量对显微硬度的提高有一最佳值，加入量不足或过高，其提高显微硬度的作用都较为有限，在本试验条件下，Ｌａ。
Ｏ。
的加入量为ｏ．４‰时，熔覆层的显微硬度最高，并且均匀性较好，同时，激光熔覆层中出现含稀土化合物的硬质相，对提高熔覆层的显微硬度也起到了一定的作用。
嚣至５００辩删：Ｏ圉３ＬａｚＯｓ加人量对激光熔覆层显微硬度的影响Ｆｉｇ３ＥｆｆｅｃｔｏｆＬ“２０３ａｄｄｉｎｇａｍｏｕｎｔｏｎｍｉｃｒｏｎａｒｄｎｅｓｓｏｆｃＪａｄｃｏａｔｉｎｇｓ２．４Ｌａ：Ｏ。
对激光熔覆层耐磨及耐蚀性的影响对比研究了不加Ｌａ。
Ｏ，和加入Ｏ．４％Ｌａ：Ｏ。
时激光熔覆层的耐磨性及耐蚀性。
结果表明，当加入０．４％Ｌａ。
０。
后，熔覆层的耐磨性和耐蚀性有显著的提高。
特别是加入ｏ．４％Ｌａ：ｏ，后，熔覆层抗硫酸腐蚀的能力极强，耐蚀性提高了３倍以上。
熔覆层耐磨性和耐蚀性提高可能是由于加入稀土氧化物后熔覆层组织改善、晶粒细化、形成了新的化合物相以及熔覆层中各种缺陷减少的结果。
研究中还注意到，Ｌａ：０。
的加入量对熔覆层的耐磨性和耐蚀性有较大影响，当其加入量超过ｏ．４％后，熔覆层的耐磨性和耐蚀性又有下降的趋势。
因此，只有加入适量的稀土氧化物，才能有效提高熔覆层的耐磨性和耐蚀性。
图４Ｌａｚ０，对激光熔覆层耐磨性的影响Ｆｉｇ４ＥｒｆｅｃｔｏｆＬ８ｚ０３ｏｎｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｌａｄｃＩ，ａｔｉｎｇｓ５２稀士第２４卷图５Ｌａ。
ｏ。
对激光熔覆层耐蚀性的影响ＦｉＥ．５ＥｆｆｅｃｔｏｆＬ８２０３ｏⅡｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃＩａｄｃｏａｔｉⅡｇｓ３结论１．激光熔覆Ｔｉｃ／Ｎｉ基复合涂层中加入适量的Ｌａ：Ｏ。
可以细化和改善熔覆层的显微组织，熔覆层中硬质相的颗粒形状得到了改善并且在熔覆层中均匀分布。
２．加入适量的Ｌａ。
Ｏ。
，激光熔覆Ｔｉｃ／Ｎｉ基复合涂层的耐磨性和耐蚀性得到显著的提高。
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