铜板上激光熔覆制备Co_Ni_Cu梯度涂层
激光合金化熔覆制备耐磨陶瓷梯度涂层
激光合金化熔覆制备耐磨陶瓷梯度涂层激光合金化熔覆技术是一种先进的表面涂层技术，它以激光作为加热源，利用数控机床、粉末给料器、粉尘回收装置等设备，将粉状材料在被涂覆物体的表面高温状态下熔化、熔覆形成涂层的过程。
该技术通常用于制备耐磨涂层、防腐涂层、功能涂层等，其合金化涂层的成分和组织与基体材料变化缓慢，具有渐进性的物理、化学、力学性能，并具有内部应力小、过渡性好等特点。
耐磨陶瓷涂层具有高硬度、高抗磨损性、耐高温、耐腐蚀和使用寿命长等优点，可以广泛应用于工业生产中的切削工具、模具、机械零件等领域。
然而，传统的涂层制备技术对于陶瓷材料的涂覆效果不佳，涂层与基体材料粘附性差、应力集中等问题需要解决。
而激光合金化熔覆技术的优势在于，可以实现高温下涂层与基体的强烈化学反应，使涂层与基体间的结合更为牢固，提高了涂层的附着力，同时可以控制涂层熔化深度，避免涂层与基材界面的反应产物引起应力集中等缺陷。
激光合金化熔覆制备耐磨陶瓷梯度涂层的方法如下：首先按照设计要求选取一定数目的陶瓷材料，将其制成不同颗粒度的粉末。
其次，在工艺过程中控制熔化温度、熔化时间、从加热源到被涂覆物体表面的热流密度等参数，使得粉末在高温下熔化成液态，然后在晶化过程中快速形成愈合致密的合金化涂层。
此外，还可以通过控制工艺参数，使得涂层成分在厚度方向发生变化，从而实现涂层性质的梯度变化。
最后，可以通过后续的表面处理等工艺来进一步提高涂层性能和附着力。
总之，激光合金化熔覆技术制备耐磨陶瓷涂层梯度涂层是一种具有高效、精度高、成本低、质量可控等优点的，较为理想的制备方法。
该技术的推广和应用对于促进高技术涂层行业的发展，提高我国企业的竞争力，进一步加强我国工业制造的创新能力，具有深远的意义。
纯铜表面脉冲激光—感应复合熔覆制备金属硅化物基涂层研究
对于复合涂层高温耐磨性能进行研究,分析复合涂层室温和高温 环境下的磨损机理。主要结论如下:本课题组搭建脉冲激光-感 应复合熔覆工艺平台。
脉冲激光具有较高能量密度,但周期性输出激光的方式决定粉末 沉积效率低并且制备涂层易于开裂,而感应加热的引入正好与脉 冲激光的热源特性形成优势互补。由于铜质工件与多数金属粉 末润湿性差,制备涂层成型困难,我们设计了Cu基材→Cu-Ni合金 过渡层→Ni-Cr-Si三元系金属硅化物复合层的梯度涂层体系。
数值模拟表明,涂层-基材纵向存在较大的温度梯度,并且最大的 温度梯度集中在涂层的中下部区域。感应加热辅助脉冲激光熔 覆可以明显减小涂层中下部的温度梯度,在750°C感应加热辅助 脉冲激光熔覆时,该区域温度梯度约为单纯脉冲激光熔覆工艺的 1/3,极大减小该区域内的纵向的热致应力。
由于激光热源移动和周期性输出的特点,复合涂层内部在沿激光 运动路径方向上也存在剧烈的温度变化。对于单纯的脉冲激光 熔覆而言,在激光脉冲刚刚完成输出之后的脉冲间隔期内,激光 作用区域沿路径方向产生很大的温度梯度。
在500°C高温磨损中,NiCr/Cr3C2硬质合金涂层耐磨性能下降 49%（相比于其室温耐磨性）,而Cr13Ni5Si2基金属硅化物涂层 仅下降0.17%。Si3N4磨球-Cr13Ni5Si2复合涂层摩擦副组合的室 温磨损机理主要为二体磨粒磨损。
在500°C高温磨损中,由于高温环境加上摩擦过程产生的高温, 使得涂层表面生成具有低摩擦系数的镍基氧化物膜层,阻隔了磨 球和金属硅化物涂层直接的磨粒磨损,避免Cr13Ni5Si2金属硅化 物初生相的脱落。随着磨球与氧化物膜层的相对运动而发生氧 化物磨屑脱落是造成磨损失重的主要机理。
窄脉宽高频率时粉末沉积效率高,但单脉冲能量较小,涂层与基 材不能实现良好的冶金结合,长脉宽低频率时,涂层与基材结合 良好但是粉末沉积效率低。涂层成型质量,例如有无脱落,开裂 等缺陷,则对于激光功率的变化较为敏感。
铜基材料上激光熔覆镍基合金的结合强度
铜基材料上激光熔覆镍基合金的结合强度一、引言激光熔覆技术是一种先进的表面修复技术，它可以在基材表面形成一层高质量的涂层，以改善材料的性能。
镍基合金作为一种高强度、抗磨损性能优异的材料，被广泛应用于航空、航天、军工等领域。
在铜基材料上激光熔覆镍基合金，可以提高铜基材料的强度和硬度，增加其使用寿命。
二、铜基材料上激光熔覆镍基合金的制备方法1. 材料准备：选择高纯度的铜基材料和镍基合金粉末，并进行粉末筛选和干燥处理。
2. 激光熔覆设备：选择适当功率和频率的激光器，并设置合适的扫描速度和功率密度。
3. 熔覆过程：将预处理后的铜基材料放置在热台上，并在其表面均匀喷撒预定厚度的镍基合金粉末。
通过控制激光束扫描轨迹，在铜基材料表面形成一层镍基合金涂层。
三、铜基材料上激光熔覆镍基合金的结合强度测试方法1. 试样制备：将激光熔覆得到的铜基材料和镍基合金试样切割成标准尺寸，进行表面处理和清洗。
2. 测试设备：使用万能材料试验机进行拉伸测试，同时配备应变计、位移计等测试仪器。
3. 测试方法：在拉伸试验机上夹持铜基材料和镍基合金试样，以一定速度施加拉力，记录其载荷-位移曲线。
通过分析曲线得到其最大载荷和断裂伸长率等参数，以评价铜基材料上激光熔覆镍基合金的结合强度。
四、影响铜基材料上激光熔覆镍基合金结合强度的因素1. 粉末特性：粉末颗粒大小、形状、密度等特性会对涂层质量产生影响。
2. 热输入量：过高或过低的热输入量会导致涂层与基材之间出现裂纹或不良结构。
3. 扫描速度：扫描速度对涂层的成分、晶粒尺寸等性质有影响。
4. 基材预处理：基材表面的清洁度和粗糙度会影响涂层与基材之间的结合强度。
5. 测试方法：测试方法的不同可能导致测试结果存在误差。
五、结论铜基材料上激光熔覆镍基合金可以提高铜基材料的强度和硬度，增加其使用寿命。
影响铜基材料上激光熔覆镍基合金结合强度的因素包括粉末特性、热输入量、扫描速度、基材预处理和测试方法等。
在制备过程中需要注意这些因素，以获得高质量的涂层。
铜基表面激光熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的研究的开题报告
铜基表面激光熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的研究的开
题报告
一、选题背景
随着各种现代化工业和制造业的发展，金属材料在各领域的应用越来越广泛。
然而，因为金属材料在使用过程中易受到各种腐蚀和磨损，为了提高材料的耐磨、耐腐蚀性能，需要将具有优异性能的金属与基材结合形成复合材料。
目前，熔覆技术已成为表面改性的主流技术之一。
二、研究目的
本文旨在通过对铜基表面激光熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的研究，探究熔覆工艺对合金熔覆层的影响以及熔覆层的性能表现，为表面改性技术的发展提供有力的支持和指导。
三、研究内容和方法
1. 研究对象：铜基表面激光熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层；
2. 研究内容：
（1）研究激光熔覆工艺的参数对熔覆层质量的影响；
（2）研究熔覆层的显微组织、相组成和硬度性能；
（3）研究熔覆层的耐腐蚀性能；
3. 研究方法：
（1）使用激光熔覆技术制备Ni-Cr合金熔覆层，研究工艺参数对熔覆质量的影响；
（2）利用金相显微镜和扫描电镜对熔覆层进行显微组织、相组成的分析；使用Vickers硬度计对熔覆层的硬度进行测试；
（3）通过电化学方法检测熔覆层在不同腐蚀介质中的耐蚀性能。
四、预期成果
1. 掌握铜基表面激光熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的工艺技术和基本特性；
2. 研究并分析熔覆层的显微组织、相组成和硬度性能；
3. 研究熔覆层的耐腐蚀性能；
4. 为铜基表面激光熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的应用提供理论和实验依据。
结晶器铜板电镀Co—Ni及热喷涂技术在宽板坯结晶器的应用实践
结晶器铜板电镀Co—Ni及热喷涂技术在宽板坯结晶器的应用实践【摘要】概述了连铸结晶器铜板表面处理技术及涂层的应用现状，指出电镀Co-Ni技术和热喷涂合金技术是当前最具代表性的新技术；分析了Co-Ni、热喷涂涂层的组织结构、热稳定性能和耐磨损性能，并与纯Ni、Ni-Fe、Ni-Co、涂层进行了比较分析，探讨了两种涂层具有优异性能的原因；介绍了宽面镀Co-Ni 铜板和窄面热喷涂铜板配套结晶器，在国内最宽的板坯连铸机南钢中厚板板卷厂1#连铸机上的应用实践，Co-Ni镀层和热喷涂涂层大大提高了结晶器铜板的使用寿命，解决了宽板坯结晶器铜板下角部局部磨损的难题，取得了良好的经济效益，具有很好的应用前景。
【关键词】连铸结晶器铜板；表面技术；电镀技术；热喷涂技术引言连铸结晶器铜板质量的好坏直接影响铸坯的质量和连铸机的作业率。
南钢中厚板卷厂1#连铸机是国内最宽、宽厚比最大的连铸机，其结晶器原设计的Ni-Co 镀层以及窄面弧面倒角设计在实际生产中，使用寿命并没有达到原设计要求。
通过对各种结晶器铜板镀层的全面了解与尝试，针对1#连铸机结晶器铜板尺寸宽、宽厚比大的特点，最终采用电镀、热喷涂等方法对结晶器铜板表面进行改性处理，经过表面处理再制造不仅是对结晶器铜板尺寸上的修复，更是具有高强度、高韧性、优越耐腐蚀性能、抗磨损性能和抗热疲劳性能的表面功能涂层，大大提高结晶器铜板表面性能，使得结晶器的寿命大大延长，提高了生产的效率和连铸坯质量。
1 连铸结晶器表面处理技术及涂层的应用现状结晶器表面处理技术从最初的镀Cr开始，目前已经逐步形成了镀Ni、镀Ni-Fe、镀Ni-Co、镀Co-Ni、热喷涂合金等几种主要涂层，产品的性能也逐步提高。
电镀Co-Ni和热喷涂结晶器的一次修复过钢量的数值较高，资料显示最高分别达到了15万吨和20万吨，具有优异的性能。
电镀Co-Ni和热喷涂合金技术是当前最具代表性的结晶器表面处理新技术。
随着钢厂对生产效率和铸坯质量的日渐提高，对结晶器材料表面的性能提出了越来越高的要求，对结晶器铜板的需求向着高机械强度、良好的导热性、耐磨性和耐腐蚀性能的方向发展。
结晶器铜合金表面激光原位制备纳米颗粒增强钴基梯度涂层_陈岁元
第38卷 第7期中 国 激 光Vo l.38,N o.72011年7月CHINESE JOURNAL O F LASERSJuly,2011结晶器铜合金表面激光原位制备纳米颗粒增强钴基梯度涂层陈岁元 董 江 陈 军 梁 京 刘常升(东北大学材料各向异性与织构工程教育部重点实验室,辽宁沈阳110004)摘要 在Co 基熔覆涂层材料成分与结构设计的基础上,利用脉冲激光诱导原位反应技术,在结晶器Cu 合金基体材料上制备陶瓷相增强Co 基梯度涂层。
利用分析技术对制备涂层的组织结构、成分、性能和涂层形成机理进行了系统研究。
结果表明,设计成分的梯度变化成功制备出具有3层梯度的Co 基合金涂层,实现了涂层组织与性能的梯度变化。
梯度涂层里没有裂纹和气孔缺陷,涂层与Cu 合金基体形成冶金界面结合。
激光诱导原位生成了纳米级Cr -N-i Fe -C,M o N i 4,Cr 7C 2,WC 1-x 等颗粒,起到了增强Co 基合金梯度涂层的作用。
梯度涂层各层的陶瓷颗粒数量呈现由第1层到第3层逐渐增多的趋势,硬度由铜合金基体的94H V 逐渐增加到最外层涂层的523H V 。
涂层中石墨具有改善梯度涂层摩擦性能的作用。
关键词 激光技术;结晶器铜合金;激光诱导原位制备;Co 基合金梯度涂层;纳米陶瓷颗粒增强中图分类号 T G 113.1;T N 249 文献标识码 A doi:10.3788/CJL 201138.0703006Nano -Particle s Reinforced Co -Base d Gradient Coating with HighWe ar -Re sistance Prepare d in -situ by Lase r on Surface ofCrystallize r Coppe r AlloyChen Suiyuan Dong Jiang Chen Jun Liang Jing Liu Changsheng(Key La bor a tor y f or Anisotr opy an d T ex tu r e of M at er ia ls ,Min ist r y of Edu ca tion ,Nor t hea st er n Un iver sity ,S hen ya ng ,L iaon ing 110004,Chin a )Ab stract Based on the compositiona l and struc t ura l designing of Co -based cladding materials,a nano -particle reinforc ed Co -based a lloy gradient coating is produced by laser -inducing in -sit u technique on the crysrallizer Cu alloy.The microstruc t ure,hardness,ant-i wear propert y and m ec hanism of the gradient c oating a re studied using analysistechniques.The results show that the gradient c oating is c om posed of three layers,which are the surface,inside structure and a metallurgical bond between the gradient coating and Cu alloy substrate.Nano -particles of Cr -N-i Fe -C,MoNi 4,Cr 7C 2,and WC 1-x synthesized in -situ play role as a reinforced Co -base gradient c oating.The number of the ceram ic particles increases from the first layer to the third layer.The micro -hardness of the gradient c oating increases gradually from 94HV of the substrate to 523HV of the outmost layer.The graphite has function of improving fric tional property of the gradient coating.Key words laser technique;c rystallizer Cu alloy;laser induced in -situ reaction;Co -ba sed alloy gradient coating;nano -c eramic pa rtic le reinforc edOCIS codes 160.3900;140.3450;310.1515;160.4330收稿日期:2011-02-14;收到修改稿日期:2011-03-23基金项目:国家自然科学基金(50574020)、教育部创新团队发展计划项目(IRT 0713)和辽宁省科技计划攻关重点项目(2009221003)资助课题。
铜基表面激光复合熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的研究的开题报告
铜基表面激光复合熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的研究的开题报告一、选题背景表面熔覆技术是一种有效的表面修复和增强材料性能的方法。
其中，激光复合熔覆技术是一种能够获得高质量熔覆层的方法，也是一种节约材料资源的技术。
在铜基材料上制备Ni-Cr合金熔覆层，可有效地提高材料表面的耐磨性和耐腐蚀性，提高铜基材料的使用寿命和性能。
本研究将探究铜基表面激光复合熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的方法和熔覆层的性能特点，为铜基材料的应用提供技术支持。
二、研究目的本研究的主要目的是探究铜基表面激光复合熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的方法和熔覆层的性能特点。
具体来说，研究将从以下几个方面展开：1. 确定最佳的激光复合熔覆参数，包括激光功率、扫描速度和熔覆深度等；2. 制备Ni-Cr合金熔覆层，研究其表面形貌和物理化学性质；3. 考察Ni-Cr合金熔覆层的耐磨性和耐腐蚀性，分析其应用场景和潜在用途。
三、研究内容和方法1. 研究内容本研究的研究内容包括：（1）铜基表面激光复合熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的方法研究；（2）Ni-Cr合金熔覆层的表面形貌和组织结构分析；（3）Ni-Cr合金熔覆层的物理化学性质分析；（4）Ni-Cr合金熔覆层的耐磨性和耐腐蚀性测试。
2. 研究方法本研究的研究方法主要包括：（1）激光复合熔覆制备Ni-Cr合金熔覆层的实验方法；（2）光学显微镜、扫描电子显微镜等表面形貌观察方法；（3）X射线衍射、能谱分析等物理化学性质测试方法；（4）高温高压、耐磨性测试等耐性能测试方法。
四、研究意义本研究对于铜基材料的应用具有重要的意义。
一方面，本研究可以提供一种新型的铜基材料表面修复和增强方法，提高铜基材料的使用寿命和性能，为铜基材料的应用提供技术支持；另一方面，本研究可以对激光复合熔覆技术在其他材料领域的应用提供一定的借鉴和参考。
结晶器铜板表面激光熔覆Ni-Co-Al2O3复合涂层的微观组织及性能
结晶器铜板表面激光熔覆Ni-Co-Al2O3复合涂层的微观组织及性能∗王一雍;孙争光;金辉;张峻巍【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2015(000)020【摘要】以 Ni-Al2 O3纳米复合镀层为中间涂层,在结晶器铜板表面激光熔覆Co42粉末制备 Ni-Co-Al2 O3复合涂层,利用金相显微镜,扫描电镜、显微硬度仪及电化学腐蚀测试系统对涂层的微观组织、硬度及耐蚀性能进行了分析,研究结果表明,Ni-Al2 O3纳米复合镀层晶粒细小,微观组织致密、均匀.激光功率为4．5 kW,扫描速度为240 mm/min 时形成的激光熔覆层与基层形成了良好的冶金结合,激光熔覆层晶粒进一步细化,熔覆层的平均显微硬度高达1000 HV,耐蚀性能优良.【总页数】5页(P20148-20152)【作者】王一雍;孙争光;金辉;张峻巍【作者单位】辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心，辽宁鞍山 114051;辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心，辽宁鞍山 114051;辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心，辽宁鞍山 114051;辽宁科技大学激光先进制造技术研发中心，辽宁鞍山 114051【正文语种】中文【中图分类】TQ174【相关文献】1.钛合金表面激光熔覆Cr3C2/Ni基合金复合涂层的微观组织 [J], 刘录录;孙荣禄;牛伟;雷贻文2.Ti811表面激光熔覆原位合成TiC-TiB2复合Ti基涂层的微观组织分析 [J], 张天刚;孙荣禄;张雪洋;刘亚楠3.钛合金表面激光熔覆复合涂层的熔池行为对微观组织和性能的影响 [J], 马永;马建光;孙楚光;廖帮亮;朱卫华;陈志勇;王新林4.Ti811合金表面激光熔覆涂层微观组织及性能研究 [J], 刘亚楠;孙荣禄;张天刚;牛伟5.304不锈钢激光熔覆Co-Ti_(3)SiC_(2)自润滑复合涂层微观组织与摩擦学性能[J], 王港;刘秀波;刘一帆;祝杨;欧阳春生;孟元;罗迎社因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
铜板上激光熔覆制备Co_Ni_Cu梯度涂层
Preparation of Co Ni Cu Gradient Coatings by CO2 Laser Cladding on Copperplate
DON G Ji ang 1 , LI U Fang 2 , CH EN Sui y uan 1 , L I U Chang sheng 1
( 1. K ey Labor ator y for Anisotr opy & T ex ture of M aterials, M inistr y of Education, Nor theastern U niv ersity, Shenyang 110004, China; 2. School of M ater ials, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China. Correspondent: L IU Chang sheng, professor, E mail: csliu @ mail. neu. edu. cn)
图 1 Co Ni Cu 梯度涂层组织形貌 Fig. 1 Optical mi crostructure of Co Ni Cu gradient coating
图 2 为 Co Ni Cu 梯度涂层组织扫描电镜形 貌 从钴基表层至铜基体不同组织的视野里组织 致密 , 无缺陷, 而且钴- 镍界面、 镍- 铜界面都非 常平滑, 无裂纹等缺陷
[ 7- 8]
且二者晶格结构十分相似 , 能形成无限固溶体, 增 加了界面结合强度; 一方面由于基材是铜, 涂层中 含有一定量的铜, 所以从这一角度上可认为基体 和涂层的成分和性能呈一定的梯度变化 , 使得激 光熔覆过程中涂层和基材的相容性得到了改善, 从而缓解了组织应力和热应力, 抑制了激光熔覆 常见的裂纹, 解决了界面失效的问题
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, 从而减缓或抑制裂纹 , 解决激光熔覆技
术面临的关键问题
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研究材料和方法
1. 1 材料 激光熔覆基体材料选用结晶器实材铜合金; 熔覆材料选取镍基自熔 合金粉末 , 成分 ( 质量分 数, % ) 为 : C 0. 03, Si 2. 0, B 1. 1, Fe 0. 5, Cu 20. 0, 其余为 Ni; 钴 基自 熔合 金粉 末 的成 分 ( 质 量分 数, % ) 为: C 1. 1, Si 1. 0, B 1. 1, Cr 25, Ni 9, Cu 4, W 30, Fe 5, 其余为 Co 1. 2 方法及工艺条件 首先对除锈除油后的铜基材进行喷砂处理, 采用 GP 80 型等离子体喷涂设备, 在铜合金表面 预沉积镍基 合金 粉末, 预制涂 层厚度 0 2~ 0 3 mm, 然后采用 DL H L T 10000 CO2 激光器对镍基 喷涂层进行激光熔覆 首先以慢速激光扫描试样 表面 , 对其进行一定温度的预热 激光熔覆工艺参 数为: 功率 3 9 kW, 扫描速度 1 5 m / min, 光斑直 径 1 mm, 搭接率 30% 在熔覆后的镍基过渡层表 面采取自动送粉方式熔覆钴基硬化层 , 激光熔覆 工艺参数为 : 功率 3 5 kW, 扫描速度 0 5 m/ min, 光斑直径 3 mm, 搭接率 30%
第 29 卷第 11 期 2 00 8 年 11 月
东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Journal of Nort heastern U niversity( Natural Science)
Vol 29, No. 11 Nov . 2 0 0 8
铜板上激光熔覆制备 Co Ni Cu 梯度涂层
图 1 Co Ni Cu 梯度涂层组织形貌 Fig. 1 Optical mi crostructure of Co Ni Cu gradient coating
图 2 为 Co Ni Cu 梯度涂层组织扫描电镜形 貌 从钴基表层至铜基体不同组织的视野里组织 致密 , 无缺陷, 而且钴- 镍界面、 镍- 铜界面都非 常平滑, 无裂纹等缺陷
Abstract: A 10 kW CO 2 laser w as used to prepare the Ni Cu t oughness transition coat ings on copper substrate w it h the fast laser cladding process parameters optimized. T hen, a Co base coat ing w as deposit ed on t he t ransit ion coat ing surf ace by pow der fed for laser cladding to form a Co Ni Cu funct ional gradient coating ( FGC) w hose m icrost ruct ure is f ine, dense and def ect f ree. T he vert ical graded distribut ion of t he composit ion, structure and t hermal propert ies of t he coat ing composed of 3 layers, i. e. , t he copper subst rat e, Ni base t ransit ion lay er and Co base w orking layer, enables the thermal st ress during laser cladding to be relaxed, thus avoiding complet ely t he format ion of cracks. T he reason is t hat t he format ion of M 7C 3 / M 23 C 6 t ype carbides and Co base solid solut ion can provide a maximum microhardness value for Co base w orking layer up to 655 HV, about 7. 3 t imes higher t han copper subst rate ( 90 HV only ) . F urt hermore, t he vert ical microhardness distribut ion of the coat ing reveals t he slow increase in g radient from substrate t o top layer. It thus verified t hat t he Co Ni Cu coating is crack free and hard on surface w it h toug h at core. Key words: Cu; laser cladding; funct ional g radient coat ing; Ni base alloy; Co base alloy 铜及铜合金具有良好的导热性、 耐腐蚀性等 优点 , 被广泛用于连铸机的结晶器上 但是由于铜 的硬度很低, 使得耐磨性能较差 通过制备表面涂 层来改善铜的耐磨性能成为新的上述镍基涂层表 面制备了结合良好且组织细小致密、 无缺陷的钴基合金 涂层 , 成功制备了 Co N i Cu 梯度涂层 铜基体 - 镍基过 渡层 - 钴基 工作 层的成 分、 组织 和热物 理性 能呈现 梯度 分 布 , 使熔覆过程中的热应力被缓解 , 完全避免了裂纹的产生 M 7C 3 和 M 23C 6 型碳化 物及钴基固 溶体的形 成使 钴基 工作层显微硬度高达 655 HV , 是铜合金硬度 ( 90 HV) 的 7. 3 倍 , 而且 从铜合金 基体至镍基 过渡层再 到钴 基工作层 , 显微硬度也呈梯度平缓增大 , 因此涂层具有无裂纹、 内韧外硬的特性 关 键 词 : 铜 ; 激光熔覆 ; 功能梯度涂层 ; 镍基合金 ; 钴基合金 文献标识码 : A 文章编号 : 1005 3026( 2008) 11 1581 04 中图分类号 : T G 142
董 江, 刘
1
芳 , 陈岁元 , 刘常升
2
1
1
( 1. 东北大学 材料各向异性与织构教育部重点实验室 , 辽宁 沈阳 110004; 2. 大连交通大学 材料学院 , 辽宁 大连 116028)
摘
要 : 用 10 kW CO2 激光器 , 通过优化激光快速熔覆工艺参数 , 先在铜合金上制备镍基韧性过渡层 , 再
[ 7- 8]
且二者晶格结构十分相似 , 能形成无限固溶体, 增 加了界面结合强度; 一方面由于基材是铜, 涂层中 含有一定量的铜, 所以从这一角度上可认为基体 和涂层的成分和性能呈一定的梯度变化 , 使得激 光熔覆过程中涂层和基材的相容性得到了改善, 从而缓解了组织应力和热应力, 抑制了激光熔覆 常见的裂纹, 解决了界面失效的问题
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东北大学学报 ( 自然科学版 )
第 29 卷
图 4 为钴基熔覆表层的 T EM 明场像及选区 电子衍射图 可以观察到熔覆表层有面心立方结 构的 Co 基固溶 体、 正交结构的 Cr7 C 3 、 面心立方 结构 的 ( F e, Ni ) 23 C 6 、 体 心 立方 结 构的 Co 25 Cr 25 W 8 C 及六方结构 的 Co 3M o 2 Si 形成 这 些物质的 生成 , 使得钴基涂层具有更高的红硬性、 高温耐磨 性和抗氧化性 2. 2 涂层的显微硬度 图 5 为熔覆层的显微硬度 从图中可见镍基 合金涂层较铜基体有所提高, 而表层钴基涂层的 硬度最 高能达 到 655 HV, 是 铜基 体 ( 90 H V) 的 7 3 倍左右 钴基涂层硬度的显著提高主要归因 于 M 7 C 3 和 M 23 C6 型碳化物的形成 而且从熔覆 层到铜基体, 显微硬度逐渐减小 , 而没有突变 , 这 就会使熔覆层与基体之间的应力平稳过渡 , 不会 在磨损过程中发生涂层的剥落 另外, 硬度在很大 程度上和耐磨性有一定的正比关系, 所以钴基涂 层高的显微硬度使得其耐磨性比铜基体会有很大 改善和提高 再者, 钴基熔覆涂层致密均匀的组织 也会提高其耐磨性能
图 2 Co Ni Cu 梯度涂层扫描电镜形貌 Fig. 2 SEM images of mor phologies of different l ayers of Co Ni Cu gr adi ent coati ng
图 3 是 Co Ni Cu 梯度涂层的 SEM 形貌及对 应的 Cu, Ni 和 Co 元素成分分布图 从中可以看 出, Cu, Ni 和 Co 元素成分呈一定梯度变化 在过渡层 镍基和铜基体界 面处的物 相图谱 中, 除 了 铜之 外, 涂 层 中还 形 成 了铜 - 镍固 溶 体
[ 6]
2
结果与分析
2. 1 涂层的微结构 图 1 为 Co Ni Cu 梯度涂层组织形貌 镍基合 金与铜基体已经形成良好的冶金结合, 只是不同 部位镍 - 铜界面参差不齐 , 这说明对铜基体的稀 释程度不同 , 需要在以后的实验中进一步改进和 完善熔覆工艺 表层的钴基合金组织均匀致密, 无 裂纹无孔洞, 与镍基合金的界面平直, 界面处结合 特别好, 无缺陷 , 这就为以后的工艺应用提供了很 重要的技术支持
本实验选用的镍基合金含有一定成分的
铜, 一方面由于镍和铜的热膨胀系数比较接近 , 而
第 11 期
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江等 : 铜板上激光熔覆制备 Co Ni Cu 梯度涂层
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图 3 Co Ni Cu 梯度涂层 的 SEM 及对应的 Cu, Ni 和 Co 元素成分分布图 Fig. 3 SEM i mages of morphologies and vertical composition distribution of Co Ni Cu gr adi ent coati ng ( a) SEM 形貌 ; ( b) Cu; ( c) Ni; ( d) Co