激光熔覆WC颗粒增强复合涂层工艺与性能研究 (2)

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。

《42CrMo钢激光熔覆WC颗粒增强钴基合金梯度涂层的研究》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，对材料性能的要求日益提高。

42CrMo钢作为一种重要的工程结构材料，其表面性能的改善和增强显得尤为重要。

激光熔覆技术因其高精度、高效率、低能耗等优点，已成为提高材料表面性能的重要手段。

本研究采用激光熔覆技术，制备了WC颗粒增强钴基合金梯度涂层，旨在提高42CrMo钢的表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性。

二、实验材料与方法1. 实验材料本实验所使用的基材为42CrMo钢，熔覆材料为钴基合金粉末与WC颗粒的混合物。

其中，钴基合金具有良好的高温性能、抗腐蚀性能和良好的润湿性，而WC颗粒则具有高硬度、高耐磨性等优点。

2. 实验方法采用激光熔覆技术，将钴基合金粉末与WC颗粒混合物熔覆在42CrMo钢表面，形成梯度涂层。

通过调整激光功率、扫描速度、涂层厚度等参数，优化涂层的性能。

三、实验结果与分析1. 涂层形貌观察通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层的形貌，发现涂层与基材结合紧密，无明显的气孔、裂纹等缺陷。

涂层呈现出典型的梯度结构，从表层的WC颗粒增强层到内层的钴基合金层，成分逐渐过渡。

2. 涂层性能测试（1）硬度测试：通过维氏硬度计测试涂层的硬度，发现涂层的硬度明显高于基材，且硬度梯度分布使得涂层具有更好的耐磨性能。

（2）耐磨性测试：通过摩擦磨损试验机对涂层进行耐磨性测试，发现涂层的耐磨性能显著提高，磨损率明显低于基材。

（3）耐腐蚀性测试：通过盐雾腐蚀试验，发现涂层具有良好的耐腐蚀性能，能够有效地提高42CrMo钢的抗腐蚀能力。

四、讨论本研究采用激光熔覆技术制备了WC颗粒增强钴基合金梯度涂层，通过优化激光工艺参数，使得涂层与基材结合紧密，无缺陷。

涂层的高硬度、优异的耐磨性和良好的耐腐蚀性使得其在实际应用中具有广泛的应用前景。

此外，梯度结构的存在使得涂层在承受载荷时能够更好地分散应力，提高涂层的使用寿命。

五、结论本研究通过激光熔覆技术成功制备了WC颗粒增强钴基合金梯度涂层，显著提高了42CrMo钢的表面性能。

激光增材制造WCp钛基复合材料界面连接机理及力学性能作者：吴诚福李新意陈洪胜李健聂慧慧王文先来源：《机械制造文摘·焊接分册》2023年第06期摘要：顆粒增强金属基复合结构件在航空航天、机械制造以及电子电工等领域有着广泛的应有前景。

文中选用激光增材选区熔化技术制备碳化钨（WC）颗粒增强TC4复合材料（WC/TC4），研究了WC颗粒含量和激光功率对复合材料微观组织和力学性能的影响。

结果表明，随着WC颗粒含量的增加，复合材料宏观试样成形能力降低，在WC颗粒含量为（0%～15%）时，WC颗粒分布较为均匀，未见微气孔、裂纹的出现，当颗粒含量为20%时，材料内部出现气孔和裂纹，难以成形；在WC/基体的界面处形成了一层TiC和W2C界面层，界面结合性能良好；随着复合材料内部颗粒含量和激光功率的增加，材料的断裂强度和断后伸长率降低，断裂机理主要为WC颗粒的脆性断裂和沿WC-W2C界面的层状撕裂。

关键词：激光选区熔化; WC/TC4复合材料; 界面; 断裂机理中图分类号： TG 421；TG 156Interface connection mechanism and mechanical properties of WCp titanium matrix composites fabricated by laser additiveWu Chengfu1， Li Xinyi2， Chen Hongsheng1，4， Li Jian3， Nie Huihui1，4， Wang Wenxian4（1. Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， China; 2. West New Zirconium Nuclear Material Technology Co.， LTD.，Xi’an 710299， China; 3. Huozhou Coal Power Group Xin Ju Coal Machinery Equipment Manufacturing Co.， LTD.， Linfen 041000， Shanxi China; 4. Shanxi Key Laboratory of Intelligent Underwater Equipment， Taiyuan 030024， China）Abstract： Particle reinforced metal matrix composite structural parts have a wide range of prospects in aerospace， mechanical manufacturing， electronic and electrical fields. This study fabricated WC-reinforced TC4 matrix composites by laser selective melting technology. The effects of WC particle content and laser power on the microstructure and mechanical properties of the composite were investigated. The results show that： with the increase of WC particle content， the forming ability of composite samples decreases. When WC particle content is （0%～15%）， WC particles are evenly distributed， and no micro-pores and cracks are seen. When WC particle content is 20%，pores and cracks appear inside the material， making it difficult to form. At the interface ofWC/matrix， an interface layer of TiC and W2C is formed， and the interface bonding performance is good. With the increase of particle content and laser power in the composites， the fracture strength and elongation of the composites decrease. The fracture mechanism is mainly the brittle fracture of WC particles and the lamellar tearing along the WC-W2C interface.Key words： laser selective melting; WC/TC4 composites; interface; fracture mechanism0 前言钛及其合金具有高的比强度、优异的耐腐蚀性能以及耐高温性能，在航空航天、水下装备和核电军工等领域有着广泛的应用前景[1-6]。

第19卷第2期2008年4月中原工学院学报JOU R NA L OF ZH ON GY U A N U NI VERSIT Y O F T ECH NO L OG Y V ol.19 N o.2A pr.,2008收稿日期:2008-02-20基金项目:河南省自然科学基金项目(0311050100);河南省科技攻关项目(0324260030) 作者简介:李龙富(1963-),男,河南辉县人,工程师.文章编号:1671-6906(2008)02-0005-03激光熔覆WC 颗粒增强复合涂层工艺与性能研究李龙富1,张三川2,彭 楠2(1.郑州纺织机械股份有限公司技术部,郑州 450053;2.郑州大学机械工程学院,郑州 450001)摘 要: 采用20%W C 颗粒(重量比)作为镍基自熔合金的掺杂增强相,研究了该复合材料在送粉激光熔覆工艺条件下的显微组织、显微硬度与熔覆工艺规范的关系,同时结合对熔覆层的结构进行分析,得出了较优的工艺规范.关 键 词:送粉激光熔覆;组织性能;复合涂层;颗粒增强中国分类号: T N249;T G 174.4 文献标识码: A陶瓷粉末应用于激光熔覆是激光工业应用研究领域中颇引人注目的方向之一.陶瓷是金属和非金属组成的晶体化合物,其显微结构由晶体(主晶相)、非晶体(玻璃相)、气相(气孔)组成,主晶相决定陶瓷的物理化学性质,玻璃相为低熔点化合物,其作用是充填晶粒间隙,粘结主晶相晶粒,抑制晶粒生长,降低成形温度和改善工艺性能,获得致密涂层.以WC [1-2]、TiC [3]和SiC[4-5]等陶瓷颗粒为增强相,采用激光熔覆直接添加[6]或原位合成[3]颗粒弥散增强的多相涂层能够集各组成相材料性能长处于一身,具有独特的机械性能[7].该类涂层较非增强涂层具有更高的显微硬度、强度和更加良好的耐磨性能,还具有增强相含量增加而使涂层耐磨性随之显著增加的特性,是利用表面技术解决摩擦学问题的极具前途的新热点方向.本文将镍包碳化钨颗粒与镍基自熔合金复合,采用同步送粉方式研究了该工艺操作下增强涂层的工艺优化问题,为颗粒增强涂层制备技术应用提供参考.1 试验材料与试验方法试验采用T J-H L-T5000型5kW 横流CO 2激光器(激光模式为T EM11)在数控激光切割机上进行,熔覆试验保护气体为空气;熔覆送粉器为JKF-6型激光宽带涂覆自动送粉器.试验参数以操作值为准,激光输出功率取1.5kW 、2kW 、2.5kW,并对部分样料进行了3kW 激光熔覆试验.激光束的离焦量主体采用250mm ,扫描速度取值为2.4m m/s 、3.2m m/s 、4mm/s,送粉量参数取送粉控制器刻度值,并采用万分之一误差计量天平进行标定,取值主要有10、14、173种.增强相碳化钨的抗氧化能力很差,在氧化性气体中受强热易分解为W 2C+C,基本熔覆材料为Ni 基自熔合金粉(商用Ni60);基材为45#钢,试样几何尺寸为100m m @30mm @18mm,待熔覆表面经磨削加工,表面粗糙度为:R a =0.2L m,熔覆前用丙酮清洗除油,并烘干待用.2 试验结果与讨论图1为扫描速度为2.4m m/s 、功率分别为2kW 、2.5kW 条件下的硬度曲线,功率较高的熔覆层硬度分布呈现出较平缓的趋势,而功率较小的熔覆层硬度分布起伏较大.2种工艺熔覆制备的相应试样14#(2kW)和15#(2.5kW)的显微组织如图2所示,其中中原工学院学报2008年 第19卷a 、b 激光功率分别为2kW 、2.5kW.可见,功率高的熔覆层碳化钨颗粒分布较功率低的均匀性要差些,其原因可认为是由于激光提供的总能量所形成的熔池温度流流场对未熔碳化钨的流化程度不充分,使碳化钨的分布不均造成的.图3为扫描速度为3.2mm/s 、送粉量为1.5g/m in 、激光功率为1.5kW 、2kW 、2.5kW 条件下,采用搭结移动量为3m m 时的搭结熔覆层显微硬度分布图.从图可见,3种功率条件下总体上硬度值差别不大,相比较之下在功率为2.5kW 时的硬度分布要更均匀些.图4为激光功率为2kW 、送粉量为1.5g/m in 时不同扫描速度对显微硬度分布的影响图.从图可见,扫描速度高低在熔覆层区的显微硬度差异并不大,但在熔覆层的高硬度区的大小差异明显,扫描速度为2.4m m/s 的高硬度区比速度为3.2mm /s 的约大1mm 左右.图3 搭结熔覆的功率影响图4 扫描速度对显微硬度分布影响图5为激光功率为2.5kW 、扫描速度为4m m/s 条件下改变送粉量的显微硬度分布图.从图可见,2种送粉量的显微硬度差别不明显,可认为所改变的送粉量值未达到一定的度量时,单位量的熔覆合金粉所分得的热量份额差异也不大,故熔覆层的形态与力学特性差异也就不大.对于1.1g /min 条件下在距表面0.2mm 时的显微硬度高达1258H V,可能是显微硬度测定点刚好为分布在那里的WC 颗粒.图5 送粉量与显微硬度关系曲线图6为激光功率为2.5kW 、扫描速度为4mm /s 、送粉量为1.5g /min 等工艺条件下,离焦量分别为图6 离焦量与显微硬度关系60mm 、70mm 时激光熔覆层截面显微硬度分布图.从图可见,离焦量为70的熔覆层的显微硬度相对较#6#第2期李龙富等:激光熔覆WC 颗粒增强复合涂层工艺与性能研究低,并且显微硬度的波动性较大,其原因可能是作用在混合粉末上的激光光斑的能量密度相对较低和能量分布不均.图7为碳化钨颗粒增强相涂层中块体物相的EDS 能谱图.测定表明,其主要元素为W 、C 和O,其中黑色壳体相的含氧量较条状相的要高许多,而条状物相的氧含量却很低,由此可以确定熔覆层中的大块物相主体为WC,但其表面同时还存在一些W 2(C,O),它是由于在激光熔覆过程中的加热和空气气氛环境造成的部分氧化,具体的氧化分解方式为:图7 WC/N i60熔覆层块体相SEM 和ED S 图谱2WC y W 2C+CW 2C+12O 2y W 2(C,O)从EDS 能谱检测结果还可知,大块W C 物相与其周边的Ni 、Cr 等元素尚未发生扩散反应和形成扩散层.3 结 语碳化钨与镍基自熔合金之间的化学反应活性是轻微的,因此它们的混合粉末在激光熔覆过程中的化学反应将不会影响熔覆层的组织结构及其形成,更不会影响碳化钨的增强方式.故碳化钨掺杂相增强熔覆层的增强机制在于:控制碳化钨在激光熔覆过程中的过多分解(避免形成较多的W 2C 相)在熔覆工艺方面是较容易实现的,使碳化钨组分的大部分呈现为原始颗粒存在于镍基自熔合金中,从而形成颗粒增强的熔覆涂层.熔覆层内部层中的碳化钨粒子的弥散度总体上较外层的更大一些,但熔覆层的最外层区域中的碳化钨仍呈现出了良好的均匀分布状态,相反,内层结构中却可能由于熔池底部的流动性较差而出现较集中的分布不均匀现象.在掺杂量为20%时的较优工艺规范为:激光功率2.5kW(光斑离焦量60m m),扫描速度2.4kW,送粉量3.0g /min.参考文献:[1] Wu P ,Zhou C Z ,T ang X N.M icro structural Character izat ion and Wear Behavio r of L aser Cladded N ickel-based and T ung-sten Carbide Composite Coating s[J].Sur face and Co atings T echno lo gy ,2003,66:84-88.[2] ZH A NG Guo -shang ,X IN G Jian -do ng ,G AO Y-i min.Im pact Wear Resistance o f W C/H adfield Steel Co mpo site and Its Inter -facial Character istics[J].Wear ,2006,260:728-734.[3] 廖乃镘,张先菊,李伟,等.激光熔覆原位合成T iC/T i 复合材料试验研究[J].热加工工艺,2005(2):24-26.[4] L i Q ,Song G M ,Zhang Y Z,et al.M icrostr ucture and Dr y Sliding W ear Behavior of L aser Clad N i-based A lloy Coat ing w iththe A dditio n o f SiC[J].Wear ,2003,254:222-229.[5] A bbas G,Ghazanfar U.T wo -body A br asive Wear Studies o f Laser P ro duced Stainless St eel and St ainless Steel +SiC Com -po site Clads[J].W ear,2005,258:258-264.[6] 徐采云,谌俊,马峰,等.混粉工艺对激光熔覆WC/N i60B 涂层组织硬度的影响[J].矿山机械,2006(5):99-100.[7] 郭景坤.二十一世纪材料研究的新趋向)))多相材料[J].中国科学基金,2001(5):289-290.(下转第19页)#7#第2期李 强等:CrM o NbB 系免预热耐磨料磨损堆焊焊条的研究氏体树枝晶,在晶界上析出了网状结构的合金碳化物,并易产生裂纹;(4)分析堆焊层显微结构可以明确堆焊材料的合金化机理,通过控制不同组元的含量和体积比,可以优化设计堆焊合金.参考文献:[1] 王欣,张永生,黄智泉,等.辊压机辊面的堆焊修复工艺[J].机械工人,2004(4):54-55.[2] 邹增大,王新洪,杨尚磊,等.T iC -VC 耐磨堆焊焊条[J].材料科学与工艺,2001(4):396-398.[3] 白范雄.高硬度高韧性耐磨埋弧堆焊药心焊丝的研制[J].粉末冶金材料科学与工程,2006(4):22-28.[4] 刘政军,张桂清,李永奎.Cr -B-N i-W -V 系堆焊合金的组织性能及耐磨机理[J].表面技术,2006(5):4-7.[5] 胡亚威,殷有胜.堆焊金属耐磨性影响因素的分析[J].沈阳工业大学学报,2002(10):14-18.[6] 牟力军.铁基高温耐磨堆焊焊条及焊接工艺研究[J].沈阳工业大学报,2003(3):1-11.[7] 张清辉.堆焊焊条耐磨性的探讨[J].焊接学报,1994(4):214-218.[8] 朱嘉琦,何实,赵占良,等.CrM o WV N bT i 系耐磨铁基堆焊合金的量化设计和结构研究[J].焊接,2001(4):11.Study on the CrMoNbB Series Non -preheating Hardfacing ElectrodeWith Wear Resistance PropertiesLI Qiang1,2,TAN G Wen -bo 1,ZHANG T a-i chao 2(1.Zhengzhou U niv ersity ,Zheng zhou 450001;2.Zhongyuang U niv ersity o f Technolog y,Zheng zhou 450007,China)Abstract: T he ex periments of hardness,metallurg ical micro structur,ant-i cracking and w ear ing resist -ances hav e been made.The alloying mechanism has been clarified due to the analysis of phases,the strength -ened structure has been quantifiedly designed.Finally,the CrM oNbB series no n -preheating hardfacing elec -tro de sur facing alloy w ith the excellent pr operties has been created.T he results show that the hardfacing metal has high plasticity and ductility.Its hardness is mor e than H RC55,how ever ,the crack of hardfacing m etal do esno t occur even under co nditions of non -preheating and non -postheating.T he hardfacing m etal has a hig h w ear resistance,and its relativ e w earability is better than that of D667.Key words : hardfacing electrode;no n -preheating ;ant-i cracking resistance;hardness;w ear ing resistance (上接第7页)Technique and Structure Properties of WC Particulates ReinforcedComposite Coat by Laser CladdingLI Long -fu 1,ZHANG San -chuan 2,PEN G N an2(1.Zheng zhou T ex tile Machine Co.,Ltd.,Zheng zhou 450053;2.Zhengzhou U niv ersity,Zhengzhou 450001,China)Abstract: In this paper,20%WC particulates are used to reinforced phase of Ni base auto -melt alloy.The relatio ns betw een micro -str ucture o r micro -rig idity and technique parameter of auto -feeding laser cladding ar e studied,at the same time,these relatio ns ar e combined w ith analysis results of coat structure,optim ized technique parameter is achived.Key words : feeding laser cladding ;str ucture property;composite coat;particulate reinfo rced#19#。

《42CrMo钢激光熔覆WC颗粒增强钴基合金梯度涂层的研究》篇一一、引言随着现代工业的飞速发展，对于金属材料表面性能的要求越来越高。

42CrMo钢作为一种常用的工程结构材料，其表面性能的改善和增强成为了研究的重要方向。

激光熔覆技术作为一种高效的表面强化手段，能够在金属表面形成高质量的熔覆层，提高材料的耐磨、耐腐蚀等性能。

本文以42CrMo钢为基体，通过激光熔覆技术在其表面制备WC颗粒增强钴基合金梯度涂层，旨在提高其表面性能。

二、实验材料与方法1. 材料选择实验选用42CrMo钢作为基体材料，选用钴基合金粉末作为熔覆层的主要成分，同时加入WC颗粒以增强涂层的硬度和耐磨性。

2. 实验方法采用激光熔覆技术，在42CrMo钢表面制备WC颗粒增强钴基合金梯度涂层。

首先，对基体进行预处理，包括除锈、打磨等；然后，将钴基合金粉末与WC颗粒混合，制备成熔覆粉末；最后，采用激光器进行熔覆实验，形成梯度涂层。

三、实验结果与分析1. 涂层形貌观察通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层的形貌，发现涂层与基体结合紧密，无明显的裂纹和气孔。

涂层呈现出明显的梯度结构，从基体到表层，组织结构逐渐发生变化。

2. 涂层成分分析采用能谱分析（EDS）对涂层的成分进行分析，发现WC颗粒在涂层中分布均匀，与钴基合金形成了良好的冶金结合。

涂层中钴、铬、钼等元素的含量逐渐变化，形成了梯度分布。

3. 涂层性能测试对涂层进行硬度、耐磨性等性能测试，发现涂层的硬度较基体有了显著提高，耐磨性也得到了明显改善。

这主要得益于WC 颗粒的加入以及涂层梯度结构的形成。

四、讨论1. WC颗粒的作用WC颗粒的加入可以显著提高涂层的硬度和耐磨性。

WC具有高硬度、高耐磨性等特点，能够有效地提高涂层的力学性能。

同时，WC颗粒与钴基合金之间的相互作用，形成了硬质相和软质相的复合结构，有利于提高涂层的韧性和抗冲击性能。

2. 梯度结构的影响涂层梯度结构的形成有利于提高涂层的综合性能。

《激光增材制造WCp颗粒增强钛基复合材料组织与性能研究》篇一一、引言激光增材制造（Laser Additive Manufacturing, LAM）作为一种先进的制造技术，已广泛应用于制造金属材料。

近年来，WCp 颗粒增强钛基复合材料因其在高强度、高韧性以及良好的耐腐蚀性等方面的优异性能，成为了众多研究的热点。

本文将探讨激光增材制造技术制备WCp颗粒增强钛基复合材料的组织结构及其性能表现，旨在为进一步优化工艺参数、提高材料性能提供理论依据。

二、材料与方法2.1 材料准备本研究选用纯钛基体和WCp颗粒作为原料。

WCp颗粒具有高硬度、高弹性模量等优点，可有效提高钛基体的力学性能。

2.2 激光增材制造工艺采用高功率激光器进行增材制造，通过控制激光功率、扫描速度、粉末层厚度等参数，实现WCp颗粒在钛基体中的均匀分布。

2.3 测试方法通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段，对复合材料的组织结构进行表征；通过拉伸试验、硬度测试、耐腐蚀性测试等方法，对复合材料的性能进行评估。

三、结果与讨论3.1 组织结构分析通过XRD和SEM测试，发现WCp颗粒在钛基体中分布均匀，与钛基体形成了良好的界面结合。

在激光增材制造过程中，WCp颗粒与钛基体之间发生了化学反应，生成了新的相。

这些新相的生成有助于提高材料的硬度和强度。

3.2 力学性能分析拉伸试验表明，WCp颗粒增强钛基复合材料的抗拉强度和屈服强度均有所提高。

此外，材料的硬度也得到了显著提升。

这主要归因于WCp颗粒的高硬度和良好的力学性能，以及其在钛基体中的均匀分布。

3.3 耐腐蚀性分析耐腐蚀性测试结果表明，WCp颗粒增强钛基复合材料在模拟生理环境中的耐腐蚀性得到了提高。

这得益于WCp颗粒的加入降低了材料内部的缺陷，同时提高了材料的表面能，从而增强了材料的耐腐蚀性。

四、结论本研究通过激光增材制造技术成功制备了WCp颗粒增强钛基复合材料。

《激光增材制造WCp颗粒增强钛基复合材料组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对材料性能的要求日益提高。

激光增材制造技术以其高精度、高效率的特点，在制造领域得到了广泛应用。

WCp颗粒增强钛基复合材料因其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性，在航空、航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。

本文将重点研究激光增材制造WCp颗粒增强钛基复合材料的组织与性能，为该材料的进一步应用提供理论依据。

二、材料与方法1. 材料制备采用激光增材制造技术，以钛合金为基体，加入WCp颗粒，制备出WCp颗粒增强钛基复合材料。

2. 实验方法（1）显微组织观察：利用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察材料的显微组织。

（2）性能测试：进行硬度测试、拉伸试验、耐磨性测试和耐腐蚀性测试，评估材料的力学性能和耐腐蚀性能。

（3）数据分析：对实验数据进行统计分析，探讨WCp颗粒含量、分布及尺寸对材料性能的影响。

三、结果与分析1. 显微组织观察（1）金相显微镜观察：观察到WCp颗粒在钛基体中分布均匀，颗粒与基体之间界面清晰，无明显的孔洞和裂纹。

（2）SEM观察：进一步观察到WCp颗粒的形状、尺寸及分布情况。

WCp颗粒呈球形或近球形，尺寸分布较窄。

颗粒与基体之间结合紧密，无明显缺陷。

（3）TEM观察：观察到WCp颗粒对钛基体的晶粒细化作用，以及颗粒与基体之间的位相关系。

2. 性能测试结果（1）硬度测试：随着WCp颗粒含量的增加，复合材料的硬度逐渐提高。

（2）拉伸试验：WCp颗粒的加入提高了钛基体的拉伸强度和延伸率。

当WCp颗粒含量适中时，复合材料的拉伸性能达到最佳。

（3）耐磨性测试：WCp颗粒增强钛基复合材料具有优异的耐磨性能，随着WCp颗粒含量的增加，耐磨性提高。

（4）耐腐蚀性测试：复合材料在模拟生理环境中的耐腐蚀性能优于钛合金，且随着WCp颗粒含量的增加，耐腐蚀性能进一步提高。

3. 数据分析与讨论（1）WCp颗粒含量对材料性能的影响：随着WCp颗粒含量的增加，复合材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性均有所提高。

激光熔覆原位自生增强颗粒复合涂层激光熔覆陶瓷颗粒增强金属基复合涂层是一项先进的表面技术,它可改善材料表面性能,如耐磨性、耐蚀性、抗氧化、抗热震能力等。

在该技术中,激光熔覆原位自生陶瓷增强复合涂层的方法是在激光照射下,通过元素之间或元素与化合物之间的原位反应,在涂层内原位生成一种或几种高强度、高弹性模量的陶瓷增强相,由于这种增强体是原位形核、长大的热力学稳定相,其表面无污染,因而避免了与基体相容性不良的问题,且界面结合强度高。

为了在钛合金表面获得良好的耐磨涂层,本文熔覆涂层分别选用了市售的KF-Co50和自制的CoBTiSi 复合涂层粉末进行实验。

利用XRD、SEM、和EMPA等分析手段对激光熔覆层的微观组织进行分析;在HX-1型显微硬度计测量涂层微区组织的显微硬度值,在UMT-2型多功能摩擦磨损测试仪上进行干滑动摩擦磨损实验。

同时为了在铜合金表面得到良好的激光熔覆层,把理论与试验相结合,通过热力学理论计算,选择出Ni基熔覆涂层体系,利用横流CO_2激光器在铜合金表面原位自生陶瓷颗粒增强涂层。

激光熔覆市售的KF-Co50复合涂层试验表明:涂层与基体实现了良好的冶金结合;熔覆区是在γ-Co固溶体基体上均匀分布着大量的TiB_2、TiC、WB 和Cr_5Si_3陶瓷相和金属间化合物,涂层组织细密,生成树枝状、块状、不规则等形态组织,对涂层的力学性能分析结果表明:涂层显微硬度值较基体有显著提高,涂层获得最高硬度可达1000HV以上,约为基体硬度的3-4倍,显微硬度值从表面到基体呈较平稳的过渡。

涂层耐磨性较基体有显著提高。

涂层中的磨损机制主要为磨粒磨损及其引起的剥层,基体中除此之外还有粘着磨损。

激光熔覆自制的CoTiBSi复合涂层试验表明:涂层中原位合成的TiB_2和TiB陶瓷相均匀分布在γ-Co基合金涂层中。

涂层内枝晶组织细小均匀,枝晶内和枝晶间存在明显的组织和成分差异。

随着Ti、B含量的增加,激光熔覆原位生成物的组织形态发生相应的变化,熔覆区组织由细小分散的片状和块状转变为柱状枝晶组织,取向规则,分布均匀。