钛合金表面激光熔覆TiC涂层显微结构和耐磨性
TA15钛合金表面激光熔化沉积Ti_Cr二元合金涂层
第35卷 第1期2010年1月HEAT T RE AT ME NT OF MET ALSVol 135No 11January 2010表面工程 TA15钛合金表面激光熔化沉积T i 2Cr 二元合金涂层张永忠1,黄 灿1,M EACOCK Chr is 2,V I LAR Ru i2(11北京有色金属研究总院复合材料工程中心,北京 100088;21里斯本技术大学高等技术学院材料系,葡萄牙里斯本 10492001)摘要:通过激光熔化沉积不同比例Ti 与Cr 的混合粉末,在T A15钛合金表面制备出Ti 2Cr 二元合金涂层,分析了涂层的组织、相组成、硬度及界面结合情况。
结果表明,Ti 与Cr 在激光熔池中实现了原位合金化,沉积层内部组织致密,与基体冶金结合;随着Cr 含量的增加,沉积涂层中析出Ti Cr 2相,硬度增加;涂层在300℃下具有良好的组织及性能稳定性,经550℃保温2h 退火处理后,涂层中亚稳β2Ti 发生不完全共析转变,涂层硬度增加;涂层具有良好的强韧性配合,与钛合金基体适配度高,可用于钛合金表面耐磨及抗擦伤涂层的制备。
关键词:激光熔化沉积;Ti 2Cr 合金涂层;Ti Cr 2相;硬度中图分类号:TG113;TG665 文献标志码:A 文章编号:025426051(2010)0120067206La ser d i rect depositi on of T i 2Cr b i n ary a lloy coa ti n g on TA15tit an i u m a lloyZHANG Yong 2zhong 1,HUANG Can 1,ME ACOCK Chris 2,V ILAR Rui2(11Research Center for Nonferr ousMetals Composites,General Research I nstitute f or Non 2ferr ousMetals,Beijing 100088,China;21Departament o de Engenharia de M ateriais,I nstitut o Superi or T écnico,Av 1Rovisco Pais,L isboa 10492001,Portugal )Abstract:Ti 2Cr binary all oy coating was p repared on T A15titaniu m all oy surface by laser direct depositi on with different rati os of p re 2m ixed powder fr om Ti and Cr 1M icr ostructure,phase compositi on,hardness and interface bonding of the coating were investigated 1The results show that in 2situ all oying is realized during laser direct depositi on 1The deposited coating is full dense and metallurgically bonded with the substrate 1Ti Cr 2phase is p reci p itated and the hardness of the coating increases with the content of Cr increasing 1The coating is stable in structure and p r operties under 300℃1After annealed at 550℃for 2h,inadequate eutectic transf or mati on will occur f or the metastable β2Ti phase and the coating ′s hardness increases 1The coating possesses both strength and ductility,good compatibility with the titaniu m all oy substrate,which can be used for wear resistant and anti 2scratch coatings on titaniu m all oy 1Key words:laser direct depositi on;Ti 2Cr all oy coating;Ti Cr 2phase;hardness收稿日期:2009205213基金项目:国家重点基础研究发展计划(2006CB60520621);国家自然科学基金(50871023)作者简介:张永忠(1970—),男,江苏如东人,博士,教授级高工,主要从事高性能金属材料及梯度复合材料的激光熔化沉积成形研究。
钛合金激光熔覆的研究现状与发展趋势_牛伟
*天津市自然科学基金资助项目(043603211) 牛伟:硕士研究生 E -mail:nw niu@钛合金激光熔覆的研究现状与发展趋势*牛 伟,孙荣禄(天津工业大学机械电子学院,天津300160)摘要 钛合金具有高比强、良好的耐蚀性能等优点,但其耐磨性差,限制了它在摩擦机构的应用。
激光熔覆技术是近年来发展起来的一种新型表面改性工艺。
在钛合金表面进行激光熔覆,可提高钛合金的表面性能,获得高硬度、耐磨性能好、低摩擦系数的熔覆层。
简要阐述了钛合金表面激光熔覆的研究现状,包括激光熔覆工艺、熔覆层的组织与性能,指出了存在的问题,并展望了钛合金激光熔覆的发展方向。
关键词 钛合金 激光熔覆 表面改性 耐磨性Research Progress and Development on Laser Cladding on Titanium Alloys S urfaceN IU Wei,SU N Ronglu(Schoo l o f M echanical and Electro nic Eng ineer ing,T ianjin P olytechnic U niversit y,T ianjin 300160)Abstract Although tit anium allo ys exhibit ex cellent mater ial propert ies like a high str eng th to weig ht r atio,go od co rr osio n resistance,t he po or w ear resistance hamper s many a pplicat ions.L aser cladding on meta l surface is a new technique o f sur face mo dification r ecently.L aser cladding o n tit anium alloy s can impr ov e the sur face pro per ties,obtain the co atings with hig h hardness,g ood w ear r esistance and low fr ictio n coefficient.T his paper discusses the study of la -ser cladding on titanium alloy s surface,including technique and the structure and propert ies of the sur face lay ers,and po ints out the ex isting problems and loo ks fo rw ard the development o f the t echnique in the future.Key words t itanium alloys,laser cladding,sur face mo dification,wear resistance金属钛及其合金作为工程材料不过50年的历史,但其具有很高的比强度和高温性能,是航空、航天等部门广泛使用的高性能材料;优良的耐腐蚀性又使其成为航海、石油、化工、医药等行业的理想材料;钛镍合金因其形状记忆功能,可用于卫星和飞船的天线、宇航系统的油管密封和其他自控装置;钛合金的无磁性,钛铌合金的超导性,钛铁、钛镁合金的储氢能力使其在高技术和尖端科学方面也发挥着重要作用。
钛合金表面激光硼碳氮合金化层的组织结构与耐磨性能研究（精品论文）
图4.22试样4的表层形貌
Fig.4.22EMPA micrograph ofthe laser—nitrided layer ofthe sample4
4.2.2减少激光氮化层裂纹和提高性能措施
激光氮化层内形成的裂纹降低氮化层的耐磨和耐蚀等性能。为此,前人也对降低裂纹的形成和提高氮化层的韧度进行了~定的研究。文献报道【34】,氮气的压强影响氮化层的质量。氮气的压力和流量大小不仅影响氮化层中氮化物的分数,也影响氮化层表面的粗糙度‘361,从而影响氮化层中裂纹的数量(38】。过大的氮气压
8000
图4.12试样2的TiC枝晶形貌
Fig412EMPA mo。phology ofTiC dendritic crystals ofthe sample2.
55
试样5氯气压强:0.45MPa
图4.】6纯钛氢化试样的EMPA形貌
416EMPA micrographs oflaser nitriding samples
山东大学博士学位论文
图517试样2TEM形貌和选区电子衍射斑点
Fig.5.17TEM micrograph and SAED pattern ofthe sample2
钛合金表面激光熔覆改性技术
钛合金的磨损机理为塑性变形，显微切削 熔覆层的磨损机理为疲劳磨损和磨粒磨损
20℃下磨损形貌，左边基材，右边熔覆层
7
提高抗氧化性能——激光熔覆TiVCrAlSi高熵合金涂层
高熵合金：具有5种或者5种以上合金元素以等摩尔
比或近等摩尔比混合形成的固溶体合金。具有很好 的力学性能，耐磨耐蚀性能和高温性能。 希望用激光熔覆的方法在钛合金表面制备高熵 合金涂层来提高其高温抗氧化性能。
用细胞培养实验（MTT）测试表面的生物 相容性。 490 nm波长吸收光度可以测量表面的细胞 数量 随着时间延长，细胞数目都是增加的，但 是HA涂层的细胞数量多于钛合金表面。
钛合金表面细胞成梭型，细胞聚集在一起， 较少铺展开；HA表面的细胞铺展开来并相 互联结。可以看出HA表面的生物相容性较 钛合金更好
3
钛合金在应用中存在的一些问题
耐磨性能 钛合金具有比强度高、耐蚀性能好等优点，是航天、航空、汽车、 船舶和化工等部门中广泛使用的结构材料。但是，由于钛合金硬度较 低（约360HV），用在摩擦部位时，易产生磨损而失效，这就阻碍了钛 合金的广泛使用，限制了它在运动构件上的应用。 耐蚀性能和抗氧化性能 Ti是一种很活泼的金属，在常温下钛合金表面会有一层致密的氧化 膜起到保护的作用，但是在高温下，氧化膜会失去保护的作用，导致 钛合金构件因为氧化腐蚀而失效。 生物相容性 钛合金具有较好的生物组织相容性和很高的比强度, 是制备人工骨骼 比较理想的材料。但是纯Ti的机械强度较低，也不耐磨，为了提高Ti的 机械性能，常添加Al、V、Mo、Zr、Nb等元素形成合金，但这是以牺牲 其生物相容性为代价的。这些合金元素会缓慢的释放，对人体造成影 响。
13
参考文献
[1]. Fei Weng, Chuanzhong Chen, Huijun Yu. Research status of laser cladding on titanium and its alloys- A review. Materials and Design (2014) 58:412–425 [2]. Xiu-Bo Liu, Xiang-Jun Meng, Hai-Qing Liu, Gao-Lian Shi, Shao-Hua Wu, Cheng-Feng Sun,Ming-Di Wanga, Long-Hao Qi. Development and characterization of laser clad high temperature self-lubricating wear resistant composite coatings on Ti–6Al–4V alloy. Materials and Design (2014) 55:404–409 [3]. Can Huang, Yongzhong Zhang. Thermal stability and oxidation resistance of laser clad TiVCrAlSi high entropy alloycoatings on Ti–6Al–4V alloy, Surface & Coatings Technology, (2011) [4]. D.G. Wang, C.Z. Chen, J. Ma, G. Zhang. In situ synthesis of hydroxyapatite coating by laser claddin. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (2008) 66:155–162 [5]. Min Zhenga, Ding Fan, Xiu-Kun Li, Wen-Fei Li, Qi-Bin Liu, Jian-Bin Zhang. Microstructure and osteoblast response of gradient bioceramic coating on titanium alloy fabricated by laser cladding. Applied Surface Science (2008) 255: 426–428 [6]. Can Huang , Yongzhong Zhang. Dry sliding wear behavior of laser clad TiVCrAlSi high entropy alloy coatings on Ti-6Al-4V substrate, Materials and Design, (2012)
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]。
钛合金表面激光熔覆技术的研究进展郭华
钛合金表面激光熔覆技术的研究进展郭华摘要：就现阶段钛合金表面激光熔覆研究现状进行了综述，包括激光熔覆材料的研究进展和影响熔覆层质量与性能的因素，并展望了激光熔覆技术的发展前景及方向。
关键词：钛合金;激光熔覆;材料体系;影响因素引言工业纯钛及其合金因强度高、生物相容性好而应用广泛，但其表面硬度低、摩擦因数大、耐磨性差、抗高温氧化和耐腐蚀性差限制了其应用。
尽管TC４合金相比于纯钛力学性能有所提高，但植入人体后咬合摩擦过程容易发生严重磨损，合金中的V5＋和AL3＋离子进入人体并引起疾玻激光熔覆技术是钛合金发展最快的表面改性技术。
激光熔覆技术具有冷却速度快（105-108℃／ｓ）、加热速度快、冶金结合好、熔覆层组织致密且可控等优点。
此外，激光熔覆技术还具有如下特点：残余应力低、裂纹少、涂层组织微细致密、微观缺陷小；选择较宽范围的合金材料以获得与基体冶金结合的涂层，并且改性层不容易剥落；涂层可通过激光束的各类参数进行控制，且激光对基体影响小；局部加热以减少热损及变形；自动化生产并精确控制粉末材料的量和改性层的厚度；热循环小，熔覆层稀释率很低。
1激光熔覆材料选择1.1自熔性合金自熔性合金在激光熔覆过程中具有脱氧和造渣的功能。
如B和Sｉ被氧化成B２O２、SｉO２，又在熔池表面与合金中元素氧化物形成硼硅酸盐熔渣，在熔覆层表面形成抗氧化薄膜，而且改善涂层对钛合金基体的润湿能力，获得具有低稀释率、低孔隙率、较少杂质和良好冶金结合的致密涂层，常用的有Nｉ基、Cｏ基和Fｅ基３类。
Nｉ基自熔性粉末主要由NiBSi和NiCｒBSi组成，后者应用更广泛，其综合性能良好、工艺性能优异。
研究了NiCoCr－ALY和NiCｒBSi涂层后发现，二者均能产生细晶强化、固溶强化效应，另外，NiCｒBSi涂层中存在TiB２、TiC和CrB等高硬度第二相强化相，提高钛合金的硬度及耐磨性，两种涂层硬度（HV）为基体硬度的３倍。
Co基合金因熔点低、自熔性好、耐热、耐磨、抗氧化和耐蚀而应用广泛，但其成本较高，限制了其使用。
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
2003-激光熔敷Ti5Si3-NiTi金属间化合物复合材料涂层组织与耐磨性
图* K6<8 *
:;2 钛合金表面激光熔敷 ;6/ A6! 5 36;6 金属间化合物复合材料涂层 B-C 谱图
B-C LEMMN47 OP MQN RE9N4 GREH ;6/ A6! 5 36;6 67MN4(NMERR6G GO(LO96MN GOEM67< O7 9SF9M4EMN OP MQN :;2 M6ME76S( ERROT
万方数据
!期
刘元福等： 激光熔敷 %&! ’&" ( )&%& 金属间化合物复合材料涂层组织与耐磨性
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围 )&%& 相的白色相为 )&%&* ，共晶组织中白色细长条 状组织与灰黑色细长条状组织分别为 )&%&* 及 ! 镍基 固溶体。涂层中下部的合金熔池中富含 )&， %& 而相对 （相对于 )&%&* ） 贫 ’&， 随着熔池的快速冷却， 熔点较高
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:;2 钛合金表面激光熔敷 ;6/ A6! 5 36;6 金属间化合物复合材料涂层横截面显微 组织金相照片 %NMERRO<4ELQ OP G4O99&9NGM6O7 (6G4O9M4SGMS4N OP RE9N4 GREH ;6/ A6! 5 36;6 67MN4(NMERR6G GO(LO96MN GOEM67< O7 9SF9M4EMN OP MQN :;2 M6ME76S( ERROT
收稿日期： &--78-98&: 基金项目：国家自然科学基金资助项目 ; )&7-7--7 < ； 航空基础科学基金资助项目 ; -7=)7-77 < ； 国防预研基金项目； 国家高技术研究发 ; < 展计划课题 &--&//%%7-%作者简介：刘元福， 男， 博士， 北京航空航天大学材料学院激光材料加工与表面工程实验室， 北京 7---9%， 7:>) 年生， 电话? -7-89&%7@7-&， 08A+B#? C+DEFG+ABDEH &>%$ DIJ
钛合金表面激光重熔NiCrBSi_TiN涂层的组织研究
第30卷 第2期2009年 4月材 料 热 处 理 学 报TRANS ACTIONS OF M ATERIA LS AND HE AT TRE AT ME NTV ol .30 N o .2April2009钛合金表面激光重熔NiCrBSi +TiN 涂层的组织研究郭立新, 刘荣祥, 王亚明, 周 玉, 雷廷权(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨 150001)摘 要:对T C4合金喷涂NiCrBS i +20v ol %T iN 涂层进行激光重熔试验,利用SE M 、TE M 等手段对熔覆层的组织进行了分析。
结果表明,激光重熔层组织消除了喷涂层的组织缺陷,其相组成为(Cr 2Ni 2Fe ),T iNi ,NiB ,Cr 2T i ,T i 2Ni 等,在熔覆区主要以富铬相和富镍相为主,稀释区内的黑色和白色衬度的杆状组织是T i 2Ni 型的金属间化合物。
关键词:激光重熔; 钛合金; 显微组织中图分类号:TG 174144;T N249 文献标识码:A 文章编号:100926264(2009)022*******Study on microstructure of laser remelted NiCrBSi +TiN coatings on surface of tianium alloyG UO Li 2xin , LI U R ong 2xiang , W ANG Y a 2ming , ZH OU Y u , LEI T ing 2quan(School of Material Science and Engineering ,Harbin Institute of T echnology ,Harbin 150001,China )Abstract :Laser remelting of thermal spray coating of NiCrBS i +T iN powders on sur face of T C4alloy was per formed ,and its microstructure was studied by means of SE M and TE M.The experimental results show that macroscopic defects in the thermal spray coatings are eliminated after laser remelting.The phases of the coatings are com posed of (Cr 2Ni 2Fe ),T iNi ,NiB ,Cr 2T i ,T i 2Ni.Cr 2rich phase and Ni 2rich phase are dominant in the clad zone ,and the rod 2like phase in the dilution zone is T i 2Ni 2type intermetallics.K ey w ords :laser remelting ;titaunium alloy ;microstructure收稿日期:2008211220; 修订日期:2009202223作者简介: 郭立新(1968—),男,高级工程师,主要从事激光表面改性及微弧氧化研究,联系电话:0451286418897,E 2mail :guolixin @hit. 。
钛合金表面激光熔覆原位合成TiBTiB2Ti复合材料涂层
—————————钛合金表面激光熔覆原位合成ＴｉＢ＋ＴｉＢ：／Ｔｉ复合材料涂层蔡利芳等——公式（７）中的Ｃ“为恒压摩尔热容，其中口ｉ，ｂ；，ｃ；，ｄ；为物质ｉ的特性常数。
对于任何一个化学反应其吉布斯自由能变化的计算公式可表示为：ＡＧ＝Ｇ产物一Ｇ反应物（８）利用文献［９，１０］中的热力学数据，按照上面给出的公式计算了上述化学反应的吉布斯自由能ＡＧ，计算结果见图１。
由图可知，三个反应的吉布斯自由能变化△Ｇ均为负值，说明在激光熔覆过程中，上述三个反应均可能发生。
同时，由于反应（２）的吉布斯自由能变化值最低，因此在Ｔｉ—Ｂ材料系统中生成ＴｉＢ：的倾向最大，但是当有过量Ｔｉ存在时，先生成的ＴｉＢ：将会与过量的Ｔｉ发生式３所示的反应，形成ＴｉＢ，因此激光熔覆结果中会存在ＴｉＢ和ＴｉＢ２两种增强相。
０－６０．１２０・１Ｂ０—２４０－３０００５００１０００１５００２０００２５００眦２０３０４０５０６０７０８０９０１００１ｌＯ２０／（‘）图２激光熔覆涂层Ｘ射线衍射谱图３为激光熔覆层横截面的组织，从图中可知，在两种不同比例混合粉末条件下，激光熔覆层均与基体形成了良好的冶金结合，激光熔覆层内部组织致密，反应生成的增强相均匀地分布在钛合金基体中。
随着Ｂ粉含量的增加（见图３ｂ），熔覆层中形成的增强相增多。
由于试验中预置粉末层较厚，在结合界面处由于激光能量不足存在少量的未完全反应的Ｂ颗粒（图３ａ中箭头所示）。
在图３ａ中界面附近出现未形成增强相颗粒的区域（Ａ），是由于表面部分熔化的钛合金粉末颗粒未及参与激光熔池的物理冶金过程所致。
图１式（１）式（２）和式（３）的Ｇｉｂｂｓ自由能ＡＧ随温度的变化２．２微观组织和相分析（ａ）ｎ—ＩＢ（”Ｔｉ－２Ｂ单道激光熔覆带表面光滑，均匀致密，无裂纹，宽约４．５ｍｍ，厚约１．５ｍｍ。
图２是Ｔｉ－２Ｂ混合粉末经激光图３激光熔覆层横截面的宏观形貌熔覆后熔覆层的ｘ射线衍射分析结果，由图２可知，熔（Ｐ２１．５ｋＷ，Ｖ＝５。
钛合金表面激光熔覆涂层的耐磨性能
钛合金表面激光熔覆涂层的耐磨性能杨胜群;孟庆武;耿林;吴林;李爱滨【摘要】为了提高钛合金的表面耐磨性能,采用MXP-2000型销盘式摩擦磨损实验机,以镍包石墨粉末为原材料,利用CO2激光器在TC4合金表面上熔覆耐磨涂层,进行钛合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损实验,并用扫描电镜对磨损表面进行观察和分析.实验结果表明,激光熔覆涂层的摩擦系数为0.56,与钛合金的摩擦系数基本相同,但激光熔覆涂层的磨损失重量比钛合金低接近一个数量级,说明激光熔覆涂层可以大大提高钛合金的表面耐磨性能.TC4合金的磨损机制以粘着磨损为主,激光熔覆涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,涂层的高硬度加上涂层里的TiC增强相是其耐磨性高的主要原因.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2007(031)005【总页数】3页(P473-475)【关键词】材料;耐磨性能;激光熔覆涂层;镍包石墨【作者】杨胜群;孟庆武;耿林;吴林;李爱滨【作者单位】哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;大庆石油学院,大庆,163318;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TG665引言钛合金具有很高的比强度、很强的耐腐蚀性、优良的高温和低温性能，是航空和航天工业广泛使用的高性能材料。
但钛合金的摩擦系数大、耐磨性差[1]，极大地限制了其在工程上的应用范围。
多年来，材料工作者对提高钛合金耐磨性的表面涂层技术进行了广泛研究，如电镀[2]、热喷涂[3]、激光淬火[4,5]等。
激光熔覆技术是表面涂层技术的一种，其利用高能激光束将粉末原材料熔凝到金属表面上，得到不同于母材的增强涂层[6]。
用激光在钛合金表面熔覆一层增强涂层，能够显著提高其耐磨性能。
镍包石墨是一种以石墨为核心，表面包裹金属镍的双组份粉末材料[7]。
TA15钛合金激光非晶_纳米晶增强镍基涂层的组织结构及耐磨性_李嘉宁
第35卷第10期2014年10月焊接学报TＲANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol．35No．10October2014收稿日期：2013－02－07基金项目：国防重大基础科研资助项目；中国博士后科学基金面上资助项目（2012M520135）TA15钛合金激光非晶－纳米晶增强镍基涂层的组织结构及耐磨性李嘉宁1，2，巩水利1，李怀学1，单飞虎1（1．北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室，北京100024；2．中航工业北京航空材料研究院，北京100095）摘要：在重要航空材料TA15钛合金基材表面进行激光同轴送粉熔覆Ni60A-Ni 包WC-TiB 2-Y 2O 3混合粉末可生成非晶－纳米晶增强复合涂层．对涂层进行微观组织观察、显微硬度测试及室温干摩擦磨损试验．结果表明，涂层主要由γ-（Fe ，Ni ），WC ，α-W 2C ，M 12C ，Ti-B 化合物，Ti-Al 金属间化合物，Mo ，Zr 与V 元素的碳化物以及非晶相构成．整个涂层为非晶、纳米晶及其它晶化相共存．涂层较TA15钛合金表现出更好的耐磨损性，且涂层的主要磨损机制为磨粒磨损与粘着磨损．纳米晶颗粒的产生可使涂层磨损表面光滑，有利于摩擦系数与磨损量的降低．关键词：激光熔覆；表面改性；磨损性能中图分类号：TG 159．9文献标识码：A文章编号：0253－360X （2014）10－0057－040序言TA15钛合金属于高铝当量损伤容限型钛合金，是中国航空工业中重要的结构材料之一，但其耐磨性较差，一定程度上限制了其应用范围．激光熔覆是一种新型的表面改性技术，可以针对航空材料不同的服役条件，利用高能密度激光束加热冷却速度快等特点，在结构件表面制备非晶－纳米晶增强金属陶瓷复合涂层，从而达到航空材料表面改性的目的［1，2］．近年来，随着纳米材料和纳米技术的飞速发展，纳米相关技术开始被应用于表面工程，于是形成了“纳米表面工程”的新领域，长期以来一直作为一个特殊的应用领域受到国内外军方的高度重视［3］．非晶态合金兼有一般金属与玻璃的特性，因而具有独特的物理化学与力学性能，如极高的强度、韧性、抗磨损及耐蚀性［4－6］．将纳米晶与非晶同时应用于航空材料表面的激光熔覆涂层中将极大提高航空材料的表面性能．文中提出将Ni60A-Ni 包WC-TiB 2-Y 2O 3混合粉末激光熔覆于TA15基材表面从而改善基材的耐磨损性能．试验表明，通过该方法可在TA15基材表面形成具有极强耐磨损性能的非晶－纳米晶增强复合涂层．文中分析了TA15钛合金表面Ni60A-Ni 包WC-TiB 2-Y 2O 3激光熔覆涂层的组织结构与摩擦磨损性能，为激光熔覆技术在航空零部件生产与修复领域的应用提供了理论与试验依据．1试验方法试验材料包括基材与熔覆材料两部分．基材为TA15钛合金，其名义化学成分（质量分数，%）：6.06Al ，2.08Mo ，1．32V ，1．86Zr ，0．09Fe ，0．08Si ，0.05C ，0.07O ，余量为Ti ；熔覆材料：Ni60A （纯度≥99．5%，50目 200目）、Ni 包WC （纯度≥99．5%，50目 100目，20Ni ）、TiB 2（纯度≥99．5%，50目 100目）以及Y 2O 3（纯度≥99．5%，10目 50目），其中Ni60A 名义化学成分：0．8C ，15Cr ，3B ，4Si ，10Fe ，余量为Ni．熔覆材料成分配比（质量分数，%）：69Ni60A-20Ni 包WC-10TiB 2-1Y 2O 3．钛合金熔覆式样尺寸：10mm ˑ10mm ˑ10mm （微观组织结构分析）与30mm ˑ10mm ˑ10mm （磨损测试）．通过德国通快TＲUMPF 生产的TLF1500TUＲ-BO 快速轴流型激光器采用同轴送粉方式进行激光熔覆，其最大输出功率为15kW．激光器和DPSF-3型同轴送粉器对试样表面进行激光熔覆工艺处理，工艺参数：激光功率1kW ，光斑直径4mm ，扫描速度2 7mm /s ，送粉率为15g /min．为了避免激光熔覆过程中合金氧化，采用氩气作为保护气体，经过特58焊接学报第35卷制的喷嘴直接吹向试样的熔覆表面，气体流量为15 L/min，多道搭接率为35%．采用CSM950型扫描电子显微镜观察涂层的微观组织形貌；采用Ｒigaku D/max-rB型X射线衍射仪对涂层进行物相分析；用JEM-2010高分辨透射电镜对金属薄膜试样的高倍组织形貌进行观察和电子选区衍射分析；利用MM-200型环－块摩擦磨损试验机进行室温干滑动摩擦试验，对磨轮为20%Co-WC硬质合金，硬度≥80HＲA．磨损试验过程中试样固定，磨轮以400r/min的速度转动，线速度为0.95m/s．2试验结果与分析2．1涂层组织结构与显微硬度图1为涂层不同位置的微观组织．图1a表明，激光熔覆涂层与基材之间形成了良好的冶金结合，且有大量片状/棒状/网状的析出物弥散分布于涂层底部．激光熔覆过程中，大量Ti，Al，Mo，V，Zr元素由基材进入熔池．Mo，Zr，V均属于较强的碳化物形成元素，熔覆过程中其所生成的碳化物稳定且不易长大，质点细小而稳定，可有效地阻止晶界移动，细化涂层组织［7］．图1b为TA15基材热影响区的SEM 形貌，可见热影响区的微观组织类型均为等轴组织，由初生等轴α相、较小的次生等轴α相、被拉长的初生等轴α与β转变基体构成，且各组分形态与大小基本相当．图1c表明大量细小的白色颗粒状、长条状析出物弥散分布于涂层熔合区基底之上．分析可知，白色颗粒状析出物为未完全生长的陶瓷相，长条状析出物为硼化物，而基底的主要组成为金属与奥氏体相．TiB2等陶瓷相的加入可显著细化涂层晶界处的网状共晶结构；另外，适量Y2O3稀土氧化物的添加可提升液态金属的流动性，减小凝固过程中成分过冷，降低成分偏析，减弱枝晶生长方向性，使涂层组织均匀细化［8］．如图1d所示，球状陶瓷析出相在涂层中产生．在熔池冷却初期，未熔解的陶瓷颗粒为非均匀晶核的结晶提供了形核点，促使极为细小的卵状析出相在涂层中形成，利于改善涂层韧性．图1e所示的棒状析出相为涂层中硼化物的SEM形貌．通常硼化物在激光熔覆层中呈现不同的组织结构，如片状、棒状或网状等．图1f表明大量的纳米晶颗粒在涂层基底处发生聚集．这是由于纳米晶颗粒具有极大的比表面积，易发生聚集形成第二相粒子以降低系统的界面图1涂层不同位置的微观组织Fig.1Microstructures of different locations of coating能量；另外，激光熔池具有扩散和对流两种传质形式，熔池在急速凝固过程中，亚稳定相得不到向稳定相转变的激活能而可能保存下来；随着凝固速率的进一步提高，亚稳定相的析出也可能被抑制，已成形的晶核来不及长大熔池就已凝固，从而形成纳米晶相［9］．用透射电镜对由涂层中部取出的薄膜样品进行观察分析（图2），其TEM图象表明，由于激光熔覆具有加热及冷却速度快的特点，熔体成分在宏观上保持均匀的同时，在微观上却存在着微区内成分不均匀的现象（图2a）．对箭头所指区域进行电子选区衍射，如图2b所示，电子选区衍射图谱呈现为表征非晶相的漫散晕环加纳米晶相的多晶衍射环，按透射电镜的相机常数计算、标定，此晶化相为TiB2多晶体，该多晶体沿（100），（101），（002）平面生长．图2c为涂层表层的X射线衍射图．由该图可知，涂层表层主要包括γ-（Fe，Ni），Ti-B，WC，α-W2C 及M12C相；另外，根据之前分析可知，涂层所含成分较为复杂，还包含少量的Ti-Al金属间化合物以及Mo、Zr及V元素的碳化物等相．衍射图还表明宽的漫散衍射峰出现在2θ等于15ʎ 30ʎ，36ʎ 47ʎ以及70ʎ 80ʎ，且有几个尖锐的晶化衍射峰叠加在漫散衍射峰之上，证明涂层中同时存在非晶相与其它晶第10期李嘉宁，等：TA15钛合金激光非晶－纳米晶增强镍基涂层的组织结构及耐磨性59化相．结果表明，整个涂层为非晶、纳米晶及其它晶化相共存．图2涂层的TEM 图像和XＲD 衍射图谱Fig.2TEM and XＲD pattern of coating硬度测试结果表明，涂层的显微硬度范围在1250 1400MPa ，较TA15基材（约390MPa ）提高了约3．5倍．涂层显微硬度的提高主要归因于WC ，TiB 2等硬质相、细晶强化、固溶强化以及非晶－纳米晶综合作用的结果．2．2涂层摩擦磨损特性2．2．1摩擦系数与磨损率图3a 表明，涂层的摩擦系数明显低于TA15合金的摩擦系数，这是由于涂层相比基材具有较高的显微硬度．随着载荷的增加，涂层的摩擦系数呈明显下降趋势，而TA15合金的摩擦系数曲线却一直保持稳定．此过程中涂层摩擦系数的降低表明在不同载荷作用下，涂层相对基材表现出更好的耐磨性．图3b 的磨损试验结果表明，当载荷为49N ，经40min 干滑动摩擦后，涂层的磨损体积约为TA15基材的1/12，表明涂层较TA15基材表现出更好的耐磨损性能．涂层中包含大量颗粒增强相，在此条件下耐磨损性能不仅与涂层硬度有关，还与颗粒增强相的硬度与形态有关．另外，磨损过程中，纳米晶增强相阻碍涂层基底的塑性形变，有利于涂层耐磨损性能的提高［10］；少量Y 2O 3的加入使涂层晶界得到强化，晶粒之间的滑移传递较易，有利于促进磨擦过程中表面微裂纹顶部的应力松弛，增加裂纹的扩展阻力，提高涂层的塑性及力学性能，减轻磨损量．图3TA15合金与涂层的摩擦系数与磨损体积Fig.3Coefficients of friction and wear volume losses of TA15alloy and coating2．2．2摩擦磨损机理图4a 为载荷49N ，经40min 干滑动摩擦后，TA15钛合金的SEM 磨损形貌．可推断TA15合金的磨损过程为显微切削与粘着损失，呈典型的粘着磨损形貌．由于TA15基材具有塑性好与硬度低的特点，磨损过程中，磨轮表面的硬质点对基材发生显微切削，形成深而长的犁沟．涂层的磨损形貌则较为光滑平整（图4b ）．其磨损表面的犁沟尽管存在，但已不明显，摩擦痕迹细而浅，但方向紊乱．这主要由于涂层的显微硬度较高，磨轮表面微凸起对涂层的犁削作用减弱．从微观角度分析，纳米颗粒具有极高的强度与硬度，作为硬质相而使涂层得到强化，在与摩擦副对磨的过程中发挥了强烈的阻磨作用［11］；另外，由于非晶－纳米晶的反复塑性变形量小，加之高硬度的纳米晶使裂纹的扩展变的困难，因此涂层表现出良好的耐磨损性能．图4c 为涂层磨损表面经过熔液腐蚀后的SEM 形貌，表明大量纳米颗粒存在于涂层的磨损表面，纳米颗粒的存在可使涂层磨损表面光滑，有利于摩擦60焊接学报第35卷系数与磨损量的降低．图4涂层与TA15合金的磨损形貌Fig.4Worn morphologies of coating and TA15alloy3结论（1）在TA15钛合金表面采用同轴送粉方式激光熔覆Ni60A-Ni 包WC-TiB 2-Y 2O 3混合粉末可形成非晶－纳米晶增强复合涂层．涂层主要由γ-（Fe ，Ni ），WC ，α-W 2C ，M 12C ，Ti-B 化合物、Ti-Al 金属间化合物、大量碳化物及非晶相构成．（2）大量纳米晶颗粒具有极大的比表面积，易发生聚集形成第二相粒子以降低系统的界面能．涂层中的晶化相形状、大小各不相同，并与非晶相相间分布；纳米晶相不仅镶嵌于非晶相上，也分布于晶化相之中，整个涂层为非晶、纳米晶及其它晶化相共存．（3）涂层的显微硬度较TA15基材提高了约2.5倍．涂层在WC ，TiB 2等硬质相、细晶及非晶－纳米晶的综合作用下，较基材显示出更好的耐磨性，涂层的摩擦系数及磨损体积均明显小于基材．参考文献：［1］李刚，夏延秋，王彦芳，等．激光熔覆Zr-Al-Ni-Cu 复合涂层组织及其摩擦磨损性能［J ］．摩擦学学报，2002，22（5）：342－346．Li Gang ，Xia Yanqiu ，Wang Yanfang ，et al ．Microstructure and tribological properities of laser clad Zr-Al-Ni-Cu composite coating ［J ］．Tribology ，2002，22（5）：342－346．［2］张松，周磊，郝玉喜，等．Monel 合金表面激光熔覆镍基合金的组织及摩擦磨损性能［J ］．焊接学报，2013，34（1）：9－12．Zhang Song ，Zhou Lei ，Hao Yuxi ，et al ．Microstructure and tri-bological performance of laser clad Ni-base alloy on Monel alloy ［J ］．Transactions of the China Welding Institution ，2013，34（1）：9－12．［3］王铀．大力发展纳米表面工程［J ］．热喷涂技术．2011，3（1）：8－16．Wang You．To develop nano-surface engineering ［J ］．Thermal Spray Technology ，2011，3（1）：8－16．［4］Zhu Y Y ，Huang J ，Li Z G ，et al ．Microstructures and propertiesof Fe-Co-B-Si-Nb coating prepared by laser cladding and remelt-ing ［J ］．China Welding ，2011，20（1）：54－58．［5］张培磊，李铸国，姚成武，等．激光制备Fe-Ni 基非晶复合涂层退火性能分析［J ］．焊接学报，2011，32（4）：13－16．Zhang Peilei ，Li Zhuguo ，Yao Chengwu ，et al ．Fe-Ni-based a-morphous coatings fabricated by laser and annealing performance ［J ］．Transactions of the China Welding Institution ，2011，32（4）：13－16．［6］朱庆军，邹增大，王新洪．稀土ＲE 对激光熔覆Fe 基非晶复合涂层的影响［J ］．焊接学报，2008，29（2）：57－60．Zhu Qingjun ，Zou Zengda ，Wang Xinhong ，et al ．Influence of rare earths on Fe-based amorphous composite coatings by laser cladding ［J ］．Transactions of the China Welding Institution ，2008，29（2）：57－60．［7］戴起勋．金属材料学［M ］．北京：化学工业出版社，2005．［8］Li J N ，Gong S L ，Chen C Z ，et al ．Physical properties and for-mation of mechanism of copper /glass modifeid laser nanocrystals-amorphous reinforced coatings ［J ］．Journal of Physical Chemistry C ，2013，117（9）：4568－4573．［9］Li J N ，Gong S L ，Li H X ，et al ．Physical properties and micro-structures of Fe 3Al matrix laser amorphous-nanocrystals reinforced coating ［J ］．Materials Letters ，2013，92：235－238．［10］张永振．材料的干摩擦学［M ］．北京：科学出版社，2007．［11］Walker J C ，Saranu S Ｒ，Kean A H ，et al ．Fe nano-particle coatings for high temperature wear resistance ［J ］．Wear ，2013，271（9/10）：2067－2079．作者简介：李嘉宁，男，1982年出生，博士．主要从事激光快速成形及激光表面强化方面的科研工作．发表论文30余篇，申请专利6项．Email ：jn2369@163．com通讯作者：巩水利，男，博士，研究员，博士研究生导师．Email ：gongshuili@sina．comMAIN TOPICS，ABSTＲACTS＆KEY WOＲDS2014，Vol．35，No．10Microstructure and wear resistance of laser amorphous-nanocrystals reinforced Ni-based coating on TA15titaniumalloy LI Jianing1，2，GONG Shuili1，LI Huaixue1，SHANFeihu1（1．Science and Technology on Power Beam ProcessesLaboratory，Beijing Aeronautical Manufacturing TechnologyＲe-search Institute，Beijing100024，China；2．Aviation IndustryCorporation of China，Beijing Institute of Aeronautical Materials，Beijing100095，China）．pp57－60Abstract：Coaxial powder feeding laser cladding of theNi60A-Ni coated WC-TiB2-Y2O3mixed powders on the aviationmaterial TA15titanium alloy substrate can form an amorphous-nanocrystals reinforced composite coating．Such coating was re-searched by means of the microstructure observation，the micro-hardness test and the dry friction and wear test at room tempera-ture．Investigation indicated that the such coating mainly consis-ted ofγ-（Fe，Ni），WC，α-W2C，M12C，Ti-B compounds，Ti-Alintermetallics，amorphous phases and the Mo，Zr，V carbides．Amorphous，nanocrystalline and the other crystalline phases were existence in such coating．This coating also exhibited a better wear resistance than TA15titanium alloy，and abrasive grain wear mechanism and the adhere wear mechanism did the process at the same time during the dry sliding wear process．The pro-ductions of the nanocrystals made the worn surface more smooth，favoring the decrease of the coefficient of friction and the wear volume losses．Key words：laser cladding；surface modifications；wear propertiesWeld defect detection by X-ray images method based on Fourier fitting surface LI Xueqin1，LIU Peiyong2，YIN Guofu2，JIANG Honghai3（1．School of Mechanical Engineering and Automation，Xihua University，Chengdu610039，China；2．School of Manufacturing Science and Engineering，Sichuan Uni-versity，Chengdu610065，China；3．School of Electrical and Mechanical Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming650504，China）．pp61－64Abstract：To solve such problems as the strong noise，low contrast and complex background of X-ray image in the weld defect detection，a method of the noise reduction，weld edge seg-mentation and defects extraction was proposed．The fast discrete curvelet transform and cycle shift were applied to reduce noise of the weld image，and the Otsu method was utilized to extract the weld region by the column gray curves of the image．Cubic Fou-rier curve was used to fit the column gray curves after preprocess-ing of weld image，and the adaptive threshold surface was con-structed by extending fitting curves to3D space．Finally，the background and the defect area were segmented accurately with the gray differences of3D gray image between the original image and the reconstructed surface．Experiment results show that the method can extract weld defects accurately．Compared with tradi-tional defect detection algorithm，it has the lower undetected rate and fewer misinterpretations，the accuracy rate could reach 95%．Key words：X-ray；weld image；defect detection；cur-velet transform；Fourier fittingEffects of laser scanning welding process on porosity rate of aluminum alloy ZHOU Litao，WANG Wei，WANG Xuyou，WANG Shiyang，SUN Qian（Harbin Welding Institute，China Academy of Machinery Science and Technology，Harbin150028，China）．pp65－68，72Abstract：Ｒesearch of6061aluminum alloy was done by using laser-scanning welding．The effects of such scanning pa-rameters as track，width and frequency on porosity tendency were studied．The result showed that laser-scanning welding with the path of vertical，parallel and circular to welds can reduce the po-rosity of aluminum alloy compared with laser welding without scanning and the circular pattern was the best．The scanning width and scanning frequency of laser also have important influ-ence on porosity，which can be controlled within0．5%as the scanning width was greater than0．65mm and scanning frequen-cy was from100to220Hz．The producing of porosity was asso-ciated with weld shape and the lower of depth-to-width ratio of the weld can help to control the porosity．Key words：aluminum alloy；laser scanning welding；po-rosity inhibitionCorrosion behavior of weld joints of substation grounding grid FENG Lajun1，DENG Bo1，YAN Aijun2，ZHANG Jing1（1．Material Corrosion and Protection Key Laboratory of Xi'an，Xi'an University of Technology，Xi'an710048，China；2．Shaanxi Electric PowerＲesearch Institute，Xi'an710054，Chi-na）．pp69－72Abstract：To provide foundation for corrosion protection of the weld metal using in grounding grid，the corrosion differ-ence between the weld and base metal of grounding grid was studied by electrochemical noise and field coupon method．The results showd that there were many transients in the time series of the weld of Q235steel for grounding grid in soil of Shaanxi Xi-aoyi substation，while a few transients in the time series of the Q235base metal，which indicated that weld corrosion was more sensitive to discharge voltage of grounding grid．The noise resist-ance of the weld metal，Ｒn，was3．38ˑ104Ω/cm2during the corrosion process，and theＲn of the weld was1．44ˑ104Ω/cm2．The corrosion rate of the weld metal was0．067mm/a，and for the welded joint was0．077mm/a．The based metal was in a uniform type of corrosion and the weld was mainly in a pit-ting type of corrosion．Key words：grounding grid；weld corrosion；electro-chemical noise；localized corrosionＲesearch on toughness weak points of joints of NiCrMoV re-fractory steel for manufacturing steam turbine rotor LI Yifei1，CAI Zhipeng1，PAN Jiluan1，LIU Xia1，2，WANG Peng2，HUO Xin2，SHEN Hongwei2（1．Department of Mechanical En-gineering，Tsinghua University，Beijing100084，China；2．Shanghai Electric Power Generation Equipment Co．Ltd．，Shanghai200240，China）．pp73－76，80Abstract：The toughness weak points of multi-layer and multi-pass weld of30Cr2Ni4MoV refractory steel steam turbine welded rotor were studied by means of simulated heat welded lay-ers with the emphasis on the forming of the toughness weak points and its influence on the toughness．The methods of optical micro-scope analysis，scanning electron microscopy analysis and trans-mission electron microscope analysis were utilized．The experi-mental results show that there are many M-A constituents in the carbon-rich areas of welded layers，which is disadvantageous to the toughness．The influence of the M-A constituents on the weldⅣ。
钛合金激光熔覆的几种熔覆体系
关于钛合金表面激光熔覆熔覆体系的总结概况钛合金表面激光熔覆材料主要包括：自熔性合金材料、复合材料、陶瓷材料。
其中，自熔性合金材料主要有铁基合金、镍基合金、钴基合金三大系列。
其主要特点是含有强烈脱氧和自熔作用的硼元素和硅元素。
这类合金在激光熔覆时，硼和硅被氧化生成氧化物，在熔覆层表面形成薄膜。
这种薄膜既能防止合金中的元素被过度氧化，又能与这些元素的氧化物形成硼硅酸盐熔渣，从而减少熔覆层中的夹杂物和含氧量，易获得氧化物含量低、气孔率少的激光熔覆层。
硼和硅还能降低合金的熔点，改善熔体对基体金属的润湿能力，对合金的流动性及表面张力产生有利的影响。
自熔合金的硬度随合金中硼、硅含量的增加而提高。
这是由于硼、硅元素与合金中的镍、铬等元素形成硬度极高的硼化物和碳化物的数量增加所致。
1.镍基合金粉末镍基合金粉末具有良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用，主要适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件，所需的激光功率密度要比熔覆铁基合金的略高。
镍基合金的合金化原理是运用Fe、Cr、Co、Mo、W等元素进行奥氏体固溶强化，运用Al、Ti等元素进行金属间化合物沉淀强化,运用B、Zr、Co等元素实现晶界强化。
镍基自熔性合金粉末中各元素的挑选正是基于以上原则来选择的，而合金元素添加量则依据合金成形性能和激光熔覆工艺来确定。
目前，镍基自熔性合金主要有Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si两种，前者硬度低，韧性好，易于加工；后者是在Ni-B-Si合金基础上加入适当的Cr而形成的。
Cr能溶于Ni中形成镍铬固溶体而增加熔覆层强度，提高熔覆层的抗氧化性和耐蚀性。
Cr还能与B和C形成硼化物和碳化物，提高熔覆层的硬度和耐磨性。
增加Ni-Cr-B-Si合金中的C、B和Si 含量，可使熔覆层硬度从25HRC提高到60HRC左右，但熔覆层的韧性相应却有所下降。
这类合金中实际应用较多的是Ni60和Ni45。
另外，通过增加其成分中Ni的含量，可使裂纹率明显下降。
钛合金表面上两种镍基合金粉的激光熔覆研究
钛合金表面上两种镍基合金粉的激光熔覆研究St udy of Laser Cladding Two Ni2base AlloyPowders on Titanium Alloy耿 林,孟庆武,郭立新(哈尔滨工业大学,哈尔滨150001)GEN G Lin,M EN G Qing2wu,GUO Li2xin(Harbin Instit ute of Technology,Harbin150001,China)摘要:分别以NiCrBSi和NiCoCrAl Y为预涂粉,采用CO2激光器,在Ti26Al24V合金表面进行激光熔覆镍基合金涂层的研究。
通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对涂层进行分析,对比两种镍基合金粉的激光熔覆性能。
分析发现,NiCrBSi涂层组织以γ2Ni为基体,含有Ni3B,TiB2,TiC,CrB等多种增强相,而NiCoCrAl Y涂层组织主要为固溶多种元素的Ni基过饱和固溶体。
NiCoCrAl Y涂层组织以固溶强化和细晶强化为主,NiCrBSi涂层组织以第二相强化为主。
虽然NiCoCrAl Y粉比NiCrBSi粉的激光吸收率高,可以得到较厚的涂层,但是含有多种硬质增强相的NiCrBSi涂层硬度高于NiCoCrAl Y涂层。
关键词:激光熔覆;涂层;NiCrBSi;NiCoCrAl Y;钛合金中图分类号:TB333 文献标识码:A 文章编号:100124381(2005)1220045203Abstract:U sing a CO2laser,a process of cladding Ni2base alloy coatings on Ti26Al24V wit h pre2 placed NiCrBSi and NiCoCrAl Y powders was st udied1The coatings were examined using XRD, SEM and EDS1The quality of two Ni2base coatings wit h different powders was compared1NiCrBSi coating was compo sed ofγ2Ni mat rix and CrB,Ni3B,TiB2and TiC reinforcement s1NiCoCrAl Y coating mainly consisted of Ni2base supersat urated solid solution1NiCoCrAl Y coating was st rengt h2 ened wit h solution strengt hening and grain refinement1NiCrBSi coating was mainly st rengt hened wit h several reinforcement s1Alt hough laser absorptivity of NiCoCrAl Y powder was higher t han t hat of NiCrBSi powder and t hick NiCoCrAl Y coating can be obtained,hardness of NiCrBSi coating containing several reinforcement s was higher t han t hat of NiCoCrAl Y coating1K ey w ords:laser cladding;coating;NiCrBSi;NiCoCrAl Y;titanium alloy 钛合金虽已在航空和航天部门广泛使用,但由于摩擦系数大、耐磨性差,其工程应用范围仍受到限制。