不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究

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17—4PH不锈钢基体激光熔覆制备球形WC／Ni基复合涂层

性为镍基合金的ｌ５倍，其平均摩擦系数（．２）于镍基合金（．６）但０６高９Ｏ７２。
关键词激光宽带熔覆；形碳化钨；合涂层；磨性能球复耐
ＦａｒｃｔｏｆＳｈｒｃｌＷＣ／－ａｅｍｐｓｔａｉｇｏ７４ＨｔｉｌｓｔｅｙｂｉａｉｎｏｐｅｉａＮｉｂｓｄＣｏｏｉｅＣｏｔｎｎ１－ＰＳａｎｅｓＳｅｌｂ
ｓａｎｎｌｔｎｃｍｃｏｃｐ（Ｅ）ｔｅｃｍｓｔｎｗｓａａｓｄｂＤ，ｈｈｓａｓｒａｉａｈｒｃｒｅｃｎｉｇｅｃｒｉｉｓｏｅｏｒｅＳＭ，ｏｐｉｏａｌｅｙＥＳｔｐａｅｔｎｆｍｔｎｗｓａｔｚｄｈｏｉｎｙｅｒｏｏｃａｅｉ
第２７卷第４期
Ｖ１７ｏ．Ｎｏ４２．
ห้องสมุดไป่ตู้
硬质合金
ＣＥＭＥＮＴＥＤＣＡＲＢＩＤＥ
２１００年８月
Ａｕ．０１ｇ２０
壹材料科学
带ａ恭带
ｄｉ１．６￣ｉｎ１０－２２２１．．２ｏ：０９９．ｓ．３７９．０００３ｓ００４０
熔覆层分别采用扫描电镜（Ｅ、谱仪（Ｄ）Ｘ射线衍射（Ｒ）检测分析手段进行ＳＭ）能ＥＳ、ＸＤ等
形貌观察、分分析、成物相表征等，使用ＭＭ一０型摩擦磨损试验机进行涂层耐磨性并Ｇ１能测试。研究结果表明，用激光熔覆技术可制备高质量ＷＣＮ基复合涂层，采／ｉ碳化钨质量分数达到６％，层冶金质量、纹尺寸、释率等满足技术要求。复合涂层的耐磨５涂裂稀

激光熔覆技术制备镍基合金涂层的研究进展

135管理及其他M anagement and other激光熔覆技术制备镍基合金涂层的研究进展张勇1，王涛1，李冰冰2，雷刚2，王坤2（1.国家能源费县发电有限公司，山东临沂 273425；2.烟台龙源电力技术股份有限公司，山东烟台 264006）摘要：激光熔覆技术是一种以不同的填料方式在被涂覆基体的表面进行涂层材料的新放置方式，在快速凝固之后，形成稀释度极低的表面涂层。

这样的表面涂层能够有效结合冶金技术，并且能够对基体材料表面的耐磨、耐腐蚀、耐热、抗氧化等性能进行提升，镍基合金粉末的耐腐蚀性很好，应用极为广泛，作为主要涂层之一，其组分较容易清晰分辨，镍基合金粉末被熔覆在不锈钢上作为涂层，或者被熔覆在低碳钢基体上，呈现出致密的涂层特质，宏观形貌排列样式良好。

本文试图对激光熔覆技术制备镍基合金涂加以研究，从而能够对这种重要技术的发展加以说明，给予研究，对相关领域内的同行提供参考。

关键词：激光；熔覆技术；镍基合金涂层；创新研究中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）21-0135-2收稿日期：2021-10作者简介：张勇，男，生于1978年，山东泰安人，本科，高级工程师，研究方向：大型火力发电机组运行与节能优化。

激光熔覆的激光器主要有CO 2激光器和固体激光器，主要包括碟片激光器、光纤激光器和二极管激光器，由于老式灯泵浦激光器光电转换效率低、维护烦琐等问题，逐渐淡出了市场。

关于CO 2激光连续熔覆，国内外学者对此课题很感兴趣，通过大量研究，高能固体激光器的发展速度越来越快，被用于对有色合金进行表面改性。

根据送粉工艺的不同，激光熔覆可以分为两类：粉末预熔法和同步送粉法。

两者效果相似，同步送粉方式易于实现自动控制，激光能量吸收率高。

镍基合金粉末的耐腐蚀涂层和制备方法具有独特性，所以在探究这种更加适合激光熔覆技术的镍基合金粉末材料特性时，要考虑耐高温浓硫酸腐蚀能力，利用激光熔覆技术，使用镍基合金粉末，采用相应的耐腐蚀涂层进行制备，能够有效解决镍基合金粉末形状不稳定等问题。

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。

激光熔覆实验报告

激光熔覆实验报告1.实验目的1)熟悉激光熔覆的概念、特性和基本方法；2)了解激光熔覆所涉及的激光器、加工机床、送粉器和喷嘴；3)用侧向送粉法在45钢表面进行镍基合金的激光熔覆，优化工艺参数获得良好的熔覆层；4)测量熔覆层的尺寸，观察显微组织。

2．实验原理激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

熔覆材料：目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。

其中，又以镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜。

工艺设备原理熔覆工艺：激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。

同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。

熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。

预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。

同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。

按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。

3．实验设备YLS-2000（IPG）光纤激光器、45钢板材（40╳60╳15），Ni基合金粉末。

Q235钢表面激光熔覆强化合金层的研究

Q235钢表面激光熔覆强化合金层的研究根据Q235基材及316不锈钢合金粉末的物理特性，制定出合适的激光熔覆参数，对Q235表面熔覆强化3mm不锈钢合金层，对熔覆强化前后表面的硬度进行测试，对相同尺寸的熔覆强化后的试样与基材本身作了冲击韧性对比，对熔覆强化后的组织进行了对比分析。

实验结果表明：经熔覆强化后的表面硬度提高了48.6%，冲击韧性提高了18.9%，Q235与316合金粉末结合质量较好，为冶金结合，经熔覆强化的Q235构件的强度及机械性能得到明显的改善。

标签：激光熔覆；强化；硬度；冲击韧性；微观组织引言激光熔覆技术具有节能、环保、经济、高效等一系列优点，在工业生产中得到越来越广泛的应用[1-3]，尤其针对轴类，板类零件的生产及再制造具有自身的优势，易于实现自动化[4]。

铁基、镍基和钴基合金粉末是目前应用较多的三种熔覆合金[5]，由于铁基熔覆合金粉末与钢铁基材本身材料成分相近，熔覆后二者结合强度较好，且铁基合金粉末价格低廉，所以研究铁基合金粉末熔覆合金的应用更有价值[6]。

经济性始终是工业生产中一个重要的考虑因素，有些应用场合只要求零件表面具有较好的性能，如要求表面耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐冲蚀等，而对于零件内部则无过多限制，若选用整体优质合金钢材，成本必然大大增加，针对这种情况可采用等离子喷涂、堆焊、电镀等方法在普通基材零件表面熔覆一层高性能合金粉末即可，但以上方法难以达到冶金结合，质量很难满足要求，且热影响区大，易变形[7]。

针对以上问题，文章研究应用激光熔覆技术对Q235钢表面进行熔覆强化，对熔覆后的试件进行性能测试及金相组织分析，并分析其强化机理。

1 激光熔覆实验1.1 实验材料实验基材为Q235薄板，尺寸为70mm×70mm×7mm，表面经粗砂纸打磨后用清洗剂进行清洗。

考虑到经济性因素，熔覆合金材料选为316合金粉末，粉末粒度153～200目，316不锈钢合金粉末成分如表1所示。

西安文理学院本科毕业论文（设计）

I
西安文理学院本科毕业论文（设计）
ABSTRACT
FV520B stainless steel is a kind of special steel, which is widely used in the aspects which have high demandon the surface property of material, especially the wear-resisting property. In order to improve the wear-resisting of the material, this graduation design adopts laser cladding technology to make nickel base alloy coatings of different laser power and different scanning speed on FV520B steel samples. In addition, the influence laser power and scanning speed ha ve on the wear resistance of cladding layer was analyzed by means of hardness, friction coefficient, and the wear-resisting property of the surface of laser cladding layer. The results show that the laser power and scanning velocity will influence the wear-resisting property of nickel base alloy of FV520B stainless steel. When the laser power is 2500W, and scanning speed is 6mm / s, the fusion covering effect of cladding layer and the wear-resisting property will be best. Key words : FV520B Stainless Steel, Laser Cladding ,Nickel Base Alloy

316L不锈钢表面激光熔覆Ni60合金涂层的工艺优化与性能研究

316L不锈钢表面激光熔覆Ni60合金涂层的工艺优化与性能研究目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (3)1.3 国内外研究现状及发展动态 (5)二、实验材料与方法 (6)2.1 实验材料 (7)2.2 实验设备 (8)2.3 实验方法 (9)三、激光熔覆Ni60合金涂层的组织结构与性能分析 (10)3.1 组织结构分析 (11)3.2 性能测试 (12)四、工艺优化与性能关系研究 (14)4.1 激光功率对涂层性能的影响 (15)4.2 熔覆速度对涂层性能的影响 (16)4.3 Ni60合金粉末粒度对涂层性能的影响 (16)4.4 焊接参数对涂层性能的影响 (18)五、最佳工艺参数确定与验证 (19)5.1 最佳激光熔覆工艺参数的确定 (20)5.2 最佳工艺参数下的涂层性能验证 (21)5.3 工艺优化后的经济性和环保性分析 (22)六、结论与展望 (23)6.1 研究成果总结 (24)6.2 存在问题与不足 (26)6.3 后续研究方向与应用前景展望 (27)一、内容描述本研究旨在通过优化激光熔覆工艺参数，实现316L不锈钢表面Ni60合金涂层的制备与性能提升。

我们首先对316L不锈钢进行预处理，以去除表面杂质和氧化层。

采用高功率YAG激光器对预处理后的不锈钢表面进行熔覆处理，同时将Ni60合金粉末均匀铺设在激光束扫描的区域。

在激光熔覆过程中，我们重点关注了激光功率、扫描速度、送粉速率等关键参数对涂层质量的影响。

通过调整这些参数，我们得到了具有不同微观结构和性能的Ni60合金涂层。

我们还对涂层的截面形貌、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能指标进行了系统测试。

通过对实验数据的分析，我们揭示了激光熔覆工艺参数对Ni60合金涂层性能的显著影响规律，并找到了优化涂层性能的方法。

本研究不仅为316L不锈钢表面Ni60合金涂层的制备提供了理论依据和实验指导，而且对于推动高性能材料在工业领域的应用具有重要意义。

H13钢激光熔覆Ni基MoSi2复合材料涂层组织性能研究的开题报告

H13钢激光熔覆Ni基MoSi2复合材料涂层组织性能研究的开题报告一、研究背景和意义H13钢是一种广泛应用于模具、压铸模、挤压模等制造行业的高强度工具钢。

然而，在长期使用过程中，H13钢表面会受到摩擦、腐蚀等因素的影响，导致表面磨损和松散。

为此，需要采取一些有效的表面保护措施，以使其表面保持良好的耐磨性能。

激光熔覆技术是一种常用于表面保护的方法，可以制备各种复合材料涂层。

这种技术广泛应用于汽车、航空航天、钢铁、电力等领域中。

Ni 基MoSi2复合材料涂层是一种具有优异的高温抗氧化、耐磨性能的涂层材料，已经在高温领域中被广泛应用。

因此，使用激光熔覆技术制备Ni基MoSi2复合材料涂层作为H13钢表面保护材料具有显著的优势。

二、研究内容和方法本研究旨在研究激光熔覆制备Ni基MoSi2复合材料涂层的组织性能，并探究其在保护H13钢表面方面的可行性。

具体内容包括：1.利用激光熔覆技术制备Ni基MoSi2复合材料涂层2.探究熔覆工艺对涂层组织的影响3.对涂层的微观组织进行分析和表征4.测试Ni基MoSi2复合材料涂层的性能，包括高温抗氧化性、耐磨性能等5.对涂层的成分、微观组织和性能进行综合评价，并分析其在保护H13钢表面方面的可行性。

本研究主要采用材料学、热力学、物理学和化学等交叉学科的方法，通过实验室制备涂层样品，进行涂层材料组织性能的测试分析和表征工作，最终达到对激光熔覆Ni基MoSi2复合材料涂层涂层的组织性能研究。

三、预期成果和意义本研究预期成果如下：1.研究激光熔覆Ni基MoSi2复合材料涂层的制备工艺及其微观组织结构。

2.研究该涂层在高温环境下的抗氧化性能、磨损性能等。

3.对涂层的成分、微观组织和性能进行综合评价，并分析其在保护H13钢表面方面的可行性。

本研究的意义在于，为H13钢表面保护提供了一种新材料，拓宽了材料的应用范围，同时本研究对激光熔覆技术的优化和应用也具有重要意义。

激光熔覆制备WC增强镍基合金涂层研究进展

激光熔覆制备WC增强镍基合金涂层研究进展
徐良杰;孙圣元;刘子涵;黄鹏;孙泽虎;焦俊科
【期刊名称】《电加工与模具》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】碳化钨(WC)镍基合金涂层具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高硬度等优异性能,利用激光熔覆技术制备WC镍基合金涂层优势明显,已成为国内外研究的热点。

通过对激光熔覆制备WC增强镍基合金涂层的研究进展进行综述,首先介绍了WC
增强镍基合金涂层的特性及其激光熔覆制备方法,其次介绍了几种常用的熔覆层性
能改善措施和后处理技术,最后对WC增强镍基合金涂层激光熔覆制备技术存在的
问题及发展趋势进行了展望。

【总页数】8页(P48-55)
【作者】徐良杰;孙圣元;刘子涵;黄鹏;孙泽虎;焦俊科
【作者单位】扬州大学机械工程学院;宁波劳伦斯汽车内饰件有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG665
【相关文献】
1.不锈钢基体上激光熔覆原位合成制备TiB2/WC增强镍基复合涂层
2.激光熔覆制备硬质颗粒增强镍基合金复合涂层的研究进展
3.真空环境与基体预热对激光熔覆WC增强镍基合金涂层组织和性能的影响
4.CeO2加入含量对激光熔覆WC增强
镍基合金涂层组织与性能的影响5.TC4钛合金表面激光熔覆WC增强镍基复合涂
层的组织及耐磨性
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激光熔覆原位生长颗粒增强镍基涂层研究

激光熔覆原位生长颗粒增强镍基涂层研究导出添加到引用通知分享到 |下载PDF阅读器利用激光熔覆技术，在金属材料表面制备原位生长陶瓷颗粒增强的金属基涂层，将金属基的高韧性和陶瓷材料的高强度性能结合，得到性能良好的金属材料表面涂层。

陶瓷颗粒增强金属基涂层综合了陶瓷的高强度、高硬度和金属的良好韧性，是一种性能良好的涂层。

原位生长颗粒相是从金属基体中原位形核长大的，其热力学性质稳定，与基体表面结合良好且增强体表面清洁无污染，原位生长颗粒细小且均匀弥散分布在基体中。

因此能大大改善基体表面的特性，如硬度、耐磨性和耐腐蚀性等。

本论文利用激光熔覆技术，制备原位生长VB颗粒增强的镍基涂层和原位生长VC-WxC颗粒增强的镍基涂层。

首先制备好熔覆层试样，然后对试样表面涂层进行组织、硬度和耐磨性等测试和分析。

通过分析结果，得出以下主要结论：1.激光熔覆制备原位生长VB颗粒增强镍基涂层(1)采用原位生长激光熔覆技术，首次在45＃钢上制备出形貌良好的原位生长VB颗粒增强镍基涂层；(2)原位生长VB颗粒增强镍基涂层具有高的硬度(平均HV0.31250)和良好的耐磨性，其摩擦弥散失重是纯Ni60涂层的1/5;(3)熔覆层底部组织为定向生长的γ(NiFe)树枝晶，熔覆层中上部组织为VB、CrB和Cr3C2相均匀分布在γ(NiFe)固溶体基体中。

2.激光熔覆制备原位生长VC-Wxc颗粒增强镍基涂层(1)采用原位生长激光熔覆技术，首次在45＃钢上制备出形貌良好的原位生长VC-WxC颗粒增强镍基涂层；(2)原位生长VC-W2C颗粒增强镍基涂层具有高的硬度(平均HV0.31400)和良好的耐磨性，其摩擦弥散失重是纯Ni60涂层的1/6；(3)熔覆层底部组织为定向生长的γ(NiFe)树枝晶，熔覆层中上部组织为VC、W2C、WC和Cr3C2相均匀分布在γ(NiFe)固溶体基体中。

作者：杨宁学科专业：凝聚态物理授予学位：硕士学位授予单位：郑州大学导师姓名：晁明举学位年度：2010语种：chi分类号：TG174.4机标关键词：激光熔覆技术原位生长颗粒增强金属基镍基涂层熔覆层耐磨性基体组织硬度体表面陶瓷材料均匀分布金属材料定向生长表面涂层树枝晶固溶体高强度长颗粒热力学性质。

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1 材料及方法
试验所用阀门材料为 0Cr18Ni10Ti 奥氏体不锈钢。基材尺寸为 120 mm ×95 mm ×11 mm , 样品表面经砂纸打磨后用无水乙醇清洗。熔覆层材料为自行设计的两种镍基合金粉末 , 其化学成分见表 1。粉末采用气雾化方法制备 , 粉末尺寸为 50～100μm。
3 通讯联系人 ( E2mail : yyzhang @grinm. com)
5 期涂义等不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究 59 9
品 , 经镶嵌后采用不同粒度砂纸由粗到细研磨 , 后经抛光和腐蚀。金相腐蚀剂为 HCl ∶HNO3 ∶ CH3 COOH∶H2O = 4∶1∶1∶1 。采用德国 Carl Zeiss 公司的 Axiovert 200mat 型光学图像分析系统观察涂层组织 ; 将熔覆层打磨平整至厚度为 2 mm , 采用 HA2 150 型洛氏硬度计测量熔覆层表面硬度 , 载荷为 150 kg , 加载时间为 20 s ; 用 HX21 型显微硬度计测量熔覆层显微硬度 , 载荷砝码为 200 g , 加载时间为 15 s ; 用荷兰 PANalytical 公司 X′Pert PRO MPD 型 X 射线衍射仪确定涂层相结构 , Cu Kα衍射 , 电压为 40 kV , 电流为 40 mA , 步宽为 0. 033 , 起始角为 10°, 终止角为 90°; 用 Jeol J SM2840 型扫描电镜 (SEM) 对涂层作组织形貌分析 , 用 SEM 自带的 EDS 附件做成分分析。
Scanning speedΠmm
3 9 3 9 3 9 3 9 9
Number of
layers
8 8 8 8 8 8 8 8 4
Number of
tracks
1 1 1 1 1 1 1 1 4
LengthΠ
mm
40 40 40 40 40 40 40 40 40
HeightΠ
mm
2. 22 1. 14 2. 96 1. 34 2. 52 1. 28 3. 00 1. 80 1. 20
J ussi[5]在核阀表面激光熔覆 Fe 基和 Ni 基合金 , Persson 等[6] 在核阀上激光熔覆 Fe 基合金 Norem 02 以取代 Stellite 21 , 然而效果均不甚理想。
Ni 基自熔性合金粉末以其良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用和适中的价格在激光熔覆材料中研究最多、应用最广。而对于某些特殊应用场合的阀门 , 其堆焊材料成分有严格要求。本文针对某装置阀门堆焊层中不含 Co 和 B 的要求 , 采用激光熔覆技术在 0Cr18Ni10Ti 不锈钢表面制备镍基合金涂层 , 分析了熔覆层的显微组织及性能。
Nb
2. 0～2. 5
Fe
3. 5～4. 0
Zr
Ni
0. 03～0. 08 Bal
-
Bal
① 收稿日期 : 2008 - 01 - 08 ; 修订日期 : 2008 - 03 - 02 基金项目 : J PPT21152056 , 国家“973”计划项目 (2006CB60520621) 资助作者简介 : 涂义 (1983 - ) , 男 , 湖北应城人 , 硕士研究生 ; 研究方向 : 金属材料的激光快速成形及激光表面改性
2. 8
Yes2. 8ຫໍສະໝຸດ Yes2. 8Yes
2. 8
Yes
6 00 稀有金属 32 卷
2. 2 熔覆层的金相组织图 1 (a) , (b) 分别为 6 # 试样和 10 # 试样的显微
组织。前者组织由少量柱状晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶组成 , 后者组织由呈深色的枝晶及枝晶间白色物质组成。
第
32 卷第 Vol. 32 №.
5 5
期
CHINESE
稀有金
JOURNAL OF
属
RARE
METALS
2008 年 10 月 Oct. 2008
不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究 ①
涂义 , 张永忠 3 , 席明哲
(北京有色金属研究总院复合材料中心 , 北京 100088)
2 结果
2. 1 激光熔覆工艺选择首先采用单道往复扫描运动方式进行激光多
层熔覆实验 , 表 2 中 1 # ～8 # 试样及表 3 中 10 # ～ 14 # 试样分别是激光熔覆 1 # 及 2 # 镍基合金所用熔覆工艺及熔覆层截面尺寸和部分熔覆层的硬度。可见 , 在不同工艺条件下 , 1 # 镍基合金层的硬度在 HRC 34 左右 , 而 2 # 镍基合金层的硬度高达 HRC 48. 2 , 所有 1 # 镍基合金层均未出现开裂 , 而 2 # 镍基合金层也未出现开裂。再分别进行多道多层搭接熔覆试验 , 表 2 中 9 # 试样及表 3 中 15 # ～18 # 试样分别是激光熔覆 1 # 及 2 # 镍基合金多道多层熔覆工艺及熔覆层截面尺寸和部分熔覆层的硬度。可见 , 1 # 镍基合金搭接熔覆层的硬度在 HRC 34 左右 , 而 2 # 镍基合金搭接熔覆层的硬度高达 HRC 47 ; 1 # 镍基合金层均未出现开裂 , 而 2 # 镍基合金层均开裂。
摘要 : 采用多层多道搭接的激光熔覆方法在 0Cr18Ni10Ti 不锈钢表面上分别熔覆两种镍基合金涂层。1 # 合金涂层的硬度在 HRC34 左右 , 无开裂 ; 2 # 合金涂层的硬度在 HRC47 左右 , 易开裂。采用硬度较低的 1 # 合金涂层作为过渡层成功解决了 2 # 合金涂层的开裂问题 , 成功制备出大面积较厚涂层。经光学显微镜 (OM) 、X 射线衍射 (XRD) 、扫描电子显微镜 (SEM) 以及能谱 ( EDS) 分析可知 , 大面积熔覆层的表层主要由γ2Ni 枝晶、块状γ2Ni 和 M12C 型碳化物增强相组成。显微硬度测试表明 , 表层平均硬度达 HV0. 2 583 , 自熔覆层表层至基体 , 显微硬度逐渐降低。
WidthΠ
mm
3. 86 3. 54 4. 02 3. 44 3. 90 3. 52 3. 88 3. 62 9. 52
Hardness ( HRC)
30 29 34. 2 29. 8 29 30. 4
Pitch Cracks
distanceΠmm
-
No
-
No
-
No
-
No
-
No
-
No
-
No
-
No
2. 0
WidthΠ mm
5. 96 4. 76 4. 32 3. 84 4. 12 13. 02 13. 24 12. 92 13. 04
Hardness ( HRC)
45. 8 48. 2 42. 0 39. 6 37. 3 47
Pitch Cracks
distanceΠmm
-
No
-
No
-
No
-
No
-
No
激光熔覆采用 TJ2HL2T5000 型 CO2 横流激光器 , 光斑直径为 3 mm , 送粉方式为同轴送粉 , 同时吹 Ar 气保护熔池。
用线切割方法沿横截面截取熔覆涂层分析样
表 1 实验所用镍基合金粉的化学成分( %, 质量分数) Table 1 Chemical composition of the nickel2based alloy powders used ( %, mass fraction)
图 2 为大面积熔覆层金相组织全貌照片。图 2 右侧黑色部分为不锈钢基体。覆层第一层组织由少量柱状晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶组成 ; 第二层和表层组织由呈深色枝晶及枝晶间白色物组成。
图 3 (a) , (b) , (c) , ( d) , (e) 依次为图 2 熔覆层中 a , b , c , d , e 点处的显微组织。图 3 (a) 中 A
Powder
1# 2#
C 1. 2～1. 4 1. 2～1. 4
Cr
Mo
17. 5～19. 5 7. 5～8. 5
17. 5～19. 5 7. 5～8. 5
W 4. 2～4. 5 4. 0～4. 5
Al 2. 7～3. 2 < 0. 01
Ti 3. 0～3. 5 -
Si 2. 0～3. 0 2. 0～3. 0
PowerΠ Samples
kW
1#
1. 5
2#
1. 5
3#
1. 5
4#
1. 5
5#
2. 0
6#
2. 0
7#
2. 0
8#
2. 0
9#
2. 0
Powder feed rateΠ(g·s - 1)
0. 050 0. 050 0. 067 0. 067 0. 050 0. 050 0. 067 0. 067 0. 067
尝试采用 1 # 粉末熔覆层作为过渡层解决了 2 # 粉末熔覆层开裂问题 , 成功制备出多层多道搭接大面积熔覆层 , 熔覆层长度约为 105 mm , 宽度约为 20 mm , 高度为 3 mm , 具体熔覆工艺参数见表 4。
表 2 激光熔覆 1 # 镍基合金层所用工艺参数及熔覆层结果 Table 2 Laser cladding process parameters and information of the obtained coating from 1# powder
点所示白色亮带为覆层与基体的结合层 , 厚度约为 10μm , 这是由于基体元素的稀释 , 镍基合金熔覆层与基体形成的结合强度较高的冶金结合层 , 基本为平面晶。图 3 (a) 中 B 点所示为柱状晶 , C 点所示为胞状晶。图 3 (b) 所示为熔覆层近基体部分组织主要由枝晶组织与枝晶间共晶组织组成。此处枝晶二次枝晶臂间距约为 8 μm , 枝晶生长方向比较紊乱。图 3 (c) 所示为熔覆层第二层显微组织 , 可以看到枝晶的二次枝晶臂明显细化 , 间距约为 0. 8μm , 远小于第一层中枝晶二次枝晶臂间距。图 3(d) 所示为熔覆层顶层显微组织 ,此处枝晶二次