激光熔覆Al-Ni-TiC-CeO2复合涂层的组织与耐腐蚀磨损性能

激光熔覆Ni/WC涂层的数值模拟与涂层组织和性能的研究高锰钢在强烈的冲击下表现出优异的耐磨性,由此而被常用于矿山、冶金、铁路、电力等行业,但仅在大冲击、高应力、磨料硬度大的工况下,其高耐磨性才能够表现出来。

作为一种应用前景十分广阔的激光熔覆表面强化技术是提高其耐磨性的有效手段。

因此,本文利用激光熔覆表面改性技术在高锰钢表面熔覆一层Ni/WC复合涂层,以期高锰钢耐磨性得以提高,并做了激光熔覆的数值模拟,希望通过结合试验结果和模拟结果分析研究熔覆层的组织和性能。

主要研究内容如下:(1)根据同轴送粉激光熔覆的特点,利用有限元软件ANSYS模拟温度场的动态过程,采用生死单元法求得熔覆层形貌的三维模型,模拟中加入了熔覆粉末的温升、激光的衰减、相变潜热以及温度对材料热物理性能的影响等因素的影响作用,通过将温度场的结果与凝固理论结合,由形状控制因子推导出沿基体表面往深度方向的熔覆层组织依次为等轴晶、枝晶、胞晶、平面晶,由冷却速度推断出熔覆层组织大小关系为等轴晶<枝晶<胞晶<平面晶,通过验证试验证明了模拟的正确性和准确性。

(2)通过同轴送粉激光熔覆技术在Mn13Cr2上制备Ni/WC复合涂层,进行了不同激光功率和扫描速度的正交试验,结果表明,在其他工艺参数相同的情况下,熔覆层的宽度随激光功率的增加而增大,而熔覆层的高度则随功率增加而先增大再减小而后又增大,对于扫描速度,熔覆层宽度、高度都随着扫描速度的增加而减小,激光功率应控制在1600 W至1900 W范围内较合适,扫描速度控制在400 mm/min 至800 mm/min范围内较合适。

(3)通过光学显微镜、SEM、EDS、显微硬度计进行了一系列的表征试验,也做了室温干摩擦磨损的耐磨性检测试验。

结果表明,沿基体表面往深度方向的熔覆层组织依次为等轴晶、枝晶、胞晶、平面晶,组织大小关系为等轴晶<枝晶<胞晶<平面晶,这与通过模拟推测出的相一致;熔覆层的平均显微硬度分别为基体的2.8、2.5、2.3倍,涂层显微硬度较基体提升明显;基材的磨损量是功率为1600 W时的熔覆层的10.4倍,Ni/WC涂层的耐磨性有了很大的提升。

材料保护第42卷・第2期・2009年2月　13　Ce O 2对镍基金属陶瓷激光熔覆层组织和耐磨蚀性能的影响汪新衡1,匡建新1,何鹤林1,朱航生2(1.湖南工学院机械工程系,湖南湘潭　411201;2.衡阳丰顺车桥有限公司产品部,湖南衡阳　421002)[摘　要]　稀土元素能改善金属表面溶覆层的组织结构及性能,尤其是耐磨、耐蚀及抗高温氧化性能。

采用CO 2横流激光器在45钢基体表面熔覆不同稀土氧化物(Ce O 2)含量的镍基Ti C 金属陶瓷复合层,对熔覆层进行了显微组织观察、显微硬度测量、耐磨性能和耐腐蚀性能测试。

结果表明:加入适量的稀土氧化物Ce O 2(0.6%)可有效地减少复合层中的裂纹、孔洞和夹杂物,促进晶粒细化,提高熔覆层的组织均匀性及表面硬度,并且明显地改善了熔覆复合层的耐磨及耐蚀性能。

[关键词]　激光熔覆;稀土氧化物;镍基金属陶瓷层;显微硬度;耐磨性能;耐蚀性能[中图分类号]TG 665[文献标识码]A [文章编号]1001-1560(2009)02-0013-03 [收稿日期]　2008209201 [基金项目]　湖南省科技计划项目(05JT1017);湖南工学院重点科研项目(HGZ0601) [通信作者]　汪新衡(1971-),男,副教授,主要从事金属材料及加工工艺教学和科研;电话:0734-8859431;E -mail:wxinheng@yahoo 0　前　言采用激光表面改性技术在金属表面熔覆一层金属陶瓷涂层,可使材料表面获得较高的特定使用性能[1～3],尤其是耐磨性能较好。

但是,目前激光熔覆层的质量不易控制,熔覆层或合金化层的开裂敏感性还未得到彻底的解决,因而阻碍了其工程应用及产业化的发展[4]。

对此,目前多从激光熔覆层与基材热膨胀系数的匹配方面进行熔覆材料的选择及成分设计研究。

稀土元素电子结构特殊,对合金表面有着优异的改良潜力,对多种金属具有净化、变质和合金化的作用。

将稀土引入激光熔覆处理中,可以有效地改善熔覆层的组织结构和性能,特别是在改善高温抗氧化性等方面有着很大的潜力[5]。

研究述评丨深度Research Review Special激光熔覆高墻合金涂层摩擦磨损性能的研究进展丁林(皖西学院机械与车辆工程学院，安徽六安237012)［摘要］高爛合金凭借特有的合金设计理念和优异的性能，在工业生产中具有巨大的应用潜力，并已成为研究学者关注的焦点。

概括了高爛合金的设计准则和性能特性。

激光熔覆作为一种新型的表面工程技术,为高爛合金的工业应用开辟了新的空间。

同时，重点阐述了激光熔覆高爛合金涂层摩擦磨损性能的研究进展，并展望了激光熔覆高爛合金未来的研究发展方向。

［关键词］激光熔覆；高爛合金;摩擦磨损性能;研究进展0引言材料是与能源和信息一起被视作对当今社会发展起到极其重要作用的三大支柱产业。

金属材料是材料领域中最为常见的一类，其在国防、设备以及日常生活中起着其他材料无法替代的作用。

金属材料—般是指纯金属和合金两个大类。

铝、铮、铁、猛、钳等纯金属由于其性能单一而无法满足现代社会工业发展的需求⑴。

随着现代科技和制造业的快速发展,人们对在不同工况下工作设备的摩擦磨损性能要求愈来愈高，因而，众多科研人员对合金进行了深入研究,将几种纯金属元素相混合,或再添加少量碳化物、氮化物等，制备出各种类型的合金，这往往能极大地提高材料的使用性能⑵，例如钻基合金、镁合金、耙合金、镰基合金、铁基合金等37］,已广泛应用于工业和实际生产中。

然而这些传统合金主要是基于一种主元素，其它元素作为微量添加，虽然通过添加特定的合金元素可以提高合金的某些使用性能，但这或多或少都会受制于主元素特性的限制，无法进一步提升其机械性能。

因此新的材料设计理念的提出更为迫在眉捷。

2004年，中国台湾清华大学叶均蔚教授冲破传统合金的设计理念,创新性地提出了"高燔合金”的概念。

高燔合金，即多主元高燔合金，指的是包含5或5以上的组元,且各组元含量均在5%到35%之间的新兴合金体系。

同年，叶均蔚通过CuCoNiCrAlJe这一合金系阐述了此类合金的理论设计依据、微观组织特征及优异的力学性能囲。

纳米复合材料激光熔覆层组织及抗磨性能的报告，600字
纳米复合材料激光熔覆层组织及抗磨性能的报告。

近年来，随着材料技术的发展，复合材料的应用受到了越来越多的关注。

纳米复合材料（NCM）作为一种复合材料，已经
在航空航天、医学、军事、机械制造等领域得到了广泛应用。

传统的熔覆方法无法发挥出纳米复合材料真正的性能。

因此，激光熔覆技术成为复合材料熔覆中的一种新方法。

本文旨在研究纳米复合材料激光熔覆层组织和抗磨性能的变化规律。

实验中使用的原料是金属钛和SiC碳化物，原料以圆锥型-气冷两组结构和不同激光能量密度进行试验熔覆。

实验分
析对激光熔覆层组织中FeTiO3与碳化物纳米晶体的关系进行
了深入研究，并评价了激光熔覆层抗磨性能及其影响因素，结果表明：激光熔覆层结构中存在大量FeTiO3纳米晶体，这些
纳米晶体能够很好地将 SiC 碳化物纳米晶体和金属相连接，
形成具有较高的强度的均匀的复合材料熔覆层；而且激光熔覆层的抗磨性能受到了激光能量密度、熔覆深度、温度和Scoop Rate等因素影响。

以上研究表明，激光熔覆技术是一种有效的复合材料熔覆方法，可以为提高纳米复合材料的强度和耐磨性提供了新思路。

但是，激光熔覆工艺的控制技术仍然面临许多挑战，需要进一步的研究才能促进其进一步的发展。

铝合金激光熔覆涂层的组织性能研究随着科技的不断发展，人们对于材料的强度、耐磨性、耐腐蚀性等性能的要求也愈加严格。

在这样的背景下，铝合金激光熔覆涂层作为一种新型的表面处理技术，得到了广泛的应用和研究。

在本篇文章中，我们将从组织性能的角度，探究铝合金激光熔覆涂层的优势和特点。

1. 激光熔覆涂层的形成过程激光熔覆涂层的形成过程主要有以下几个步骤：（1）选用合适的基材和覆盖材料，并将其置于激光束的照射下；（2）激光束将覆盖材料熔化，并将其喷射到基材表面；（3）在高温下，基材表面会发生一系列的物理和化学反应，形成一层混合物；（4）经过冷却和凝固，激光熔覆涂层最终形成。

2. 铝合金激光熔覆涂层的特点铝合金作为一种轻质材料，具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，因此在航空航天、汽车制造和电子设备等领域有广泛的应用。

铝合金激光熔覆涂层具有以下几个特点：（1）显著的强度提高：因为激光熔覆涂层会在基材表面形成一层坚硬、致密的混合物，因此会显著提高铝合金材料的强度和硬度。

（2）耐磨性提高：激光熔覆涂层的表面硬度高，能够有效地提高铝合金材料的耐磨性和耐蚀性。

（3）材料质量保证：激光熔覆涂层制备过程中，熔化和固化速度快，因此不容易出现晶粒长大和气孔等缺陷。

3. 铝合金激光熔覆涂层的组织结构铝合金激光熔覆涂层的组织结构主要由以下几个方面的因素影响：（1）喷射材料的选择：不同的喷射材料对涂层的组织结构会产生不同的影响，比如喷射粉末的形状、大小和成分等。

（2）涂覆层厚度：涂覆层的厚度对组织结构的影响比较显著，通常情况下，涂层厚度越厚，涂层的晶粒也会相应变得更大。

（3）热量影响区：涂层的组织结构还与热量影响区有关，热量影响区受到的热量越大，涂层的组织结构也会相应地发生变化。

4. 铝合金激光熔覆涂层的应用前景由于铝合金激光熔覆涂层具有显著的优势和特点，因此在未来的发展中具有广阔的应用前景。

其中，涂层技术在航空航天、汽车制造、电子设备、工程机械等行业都有着广泛的应用。

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]。

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]。