定向凝固镍基高温合金上激光熔覆Inconel 738的裂纹敏感性研究

针对定向凝固镍基高温合金叶片的强化与修复需求,研究了在定向凝固镍基高温合金基体上激光熔覆Inconel 738的裂纹敏感性问题.在定向凝固镍基高温合金基体上激光熔覆Inconel 738合金对裂纹非常敏感,所产生的裂纹为热裂纹,由定向凝固基体晶界处引发并穿过界面向熔覆层发展;多层熔覆过程中熔覆层间也会产生热裂纹,热裂纹沿晶界纵向扩展.定向凝固高温合金基体晶界处的低熔共晶成为主要的裂纹源.严格控制激光熔覆过程中的热输入量可以显著降低裂纹敏感性.选择适当的熔覆工艺方法和参数可以在定向凝固镍基合金基体上形成良好冶金结合且无裂纹的基本保持定向凝固特性的熔覆层组织.     

铝青铜表面激光熔覆层组织与性能研究

采用激光熔覆技术在QAl9-4铝青铜表面熔覆了一层Ni基合金层,以提高QAl9-4铝青铜的耐磨性.为了提高QAl9-4铝青铜对激光的吸收率,实验采用少量自制的粘结剂并配合压力机将合金粉末预置在QAl9-4铝青铜表面,然后激光重熔.通过对QAl9-4铝青铜表面熔覆层组织研究分析表明:熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,无裂纹缺陷的存在;熔覆层组织受凝固速度的影响较大,其表面组织为胞状晶,中部为发达的树枝晶,结合区上部由于基体的激冷作用而呈细晶区,细晶区以下又以树枝晶和胞状晶为主.激光熔覆层的平均硬度是QAl9-4铝青铜基体硬度的3倍多.     

高温合金叶片的激光熔覆修复技术研究

航空发动机高温合叶片故障件很难修复,采用先进的激光熔覆技术对高温合金叶片进行深度修理具有重要意义。通过采用合适的激光设备、熔覆粉末,并选取合理的熔覆参数以及热处理工艺等,使熔覆粉末在叶片基体上形成有效的熔覆体,该熔覆体的强度和硬度达到叶片材料性能要求,同时也能保证熔覆体与基体的结合强度,完成高温合金叶片的修复。     

激光熔覆制备WCp/Ni-Si-Ti复合涂层

在Ni基高温合金表面预置3种不同WC含量的Ni78Si13Ti9(at%)粉末,采用激光熔覆制备了WC和原位自生TiC复相陶瓷增强Ni3(Si,Ti)基复合涂层.利用扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对熔覆层组织进行分析,并测量了其显微硬度.结果表明,熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆层组织主要由Ni(Si)固溶体、Ni3(Si,Ti)金属间化合物和WC-TiC复相陶瓷组成.随WC添加量增加,涂层中复相陶瓷含量增多;孔隙率增大;碳化物形态演变历程为不规则状、花瓣状以及不规则状和花瓣状共存.     

Inconel617合金表面电子束熔覆WC-CoCr显微组织和耐磨性研究

Inconel617合金材料在实际应用中以耐腐蚀性、高温抗氧化性能和耐磨性为主。但是,其本身耐磨性比较低。为了提高Inconel617合金表面耐磨性,采用高速火焰喷涂与电子束表面改性技术在Inconel617合金表面制备了WC–Co Cr陶瓷涂层。分析了合金层的微观组织结构和元素分布情况,测试了合金层的硬度与耐磨性。结果表明,在电子束熔覆处理过程中,涂层重熔与基体形成冶金结合,使其耐磨性能大大提高。熔覆层硬度相比Inconel617合金硬度高出620HV0.3。     

钨极氩弧焊与激光熔覆修复的K403镍基高温合金导向器叶片组织与性能

K403镍基高温合金具有优异的室温和高温综合性能,广泛用于航空发动机涡轮叶片及导向器的制造。针对涡轮叶片长期服役于复杂工况产生的裂纹缺陷等问题,本工作先对钨极氩弧（tungsten inert gas,TIG）焊和激光熔覆两种工艺修复后的组织与拉伸性能展开对比分析,而后使用激光熔覆工艺修复叶片,并进行无损检测。利用OM、SEM观察微观组织、断口形貌,利用EDS进行相的成分分析。结果表明：TIG焊修复工艺在修复界面区附近易产生微裂纹缺陷,主要碳化物相和低熔点共晶组织引起;激光熔覆工艺修复区域的晶粒与组织更加均匀,微裂纹缺陷更易得到控制;激光熔覆工艺修复的试样综合力学性能明显高于TIG焊修复工艺的试样,且激光熔覆工艺具有较好的工艺稳定性,TIG焊修复工艺的室温拉伸强度为K403母材强度的69.22%,激光熔覆修复工艺室温抗拉强度达到了母材的87.44%,断口形貌显示修复区域的室温拉伸断口呈现出混合断裂特征,高温拉伸断口呈现出沿晶断裂的特征。修复区域的微裂纹、局部液相不足缺陷和碳化物是拉伸断裂的主要原因。激光熔覆修复工艺具有热源集中、热影响区小的优势,能够有效抑制修复区缺陷并细化微观组织,在...     

激光熔覆工艺的应用

激光熔覆具有广阔的发展前景,潜力很大,经济效益可观,引起国内外广泛的关注,并投入人才物力进行研究。 航空发动机钛合金和镍基合金摩擦副的接触磨损是发动机使用和维修中的一大难题,利用激光熔覆技术则可获得优良的涂层,为燃气涡轮发动机零件的修复开创了一个新途径。该工作研究了激光表面熔覆高温耐磨涂层的激光喷涂技术,在DZ4合金基体上,喷涂CoCrW合金粉末和WC粉末的机械混合物,厚度为0.3mm,提高了高温耐磨及抗腐蚀性能,对镍基合金制造的航空发动机涡轮叶片,利用激光熔覆技术熔覆钴基合金,提高了耐热耐磨性能,与热喷镀等方法相比,缩短了涂层制备的时间,质量稳定,且消除了由热影响可     

镍基合金激光熔覆MCrAlY涂层基体裂纹的成因与控制

在分析激光熔覆涂层基体裂纹形成机理的基础上,针对采用激光熔覆技术在镍基合金基体上制备MCrAlY涂层存在基体裂纹的问题,提出了缓冷处理的止裂措施,研究了将熔覆后的涂层置于300℃下保温30min随炉缓冷和置于已预热至300℃的保温箱中随箱缓冷两种缓冷工艺对基体裂纹的控制行为.结果表明:镍基合金激光熔覆MCrAlY涂层基体裂纹主要是由于熔覆过程中的快速冷却所致;两种缓冷工艺均能有效地避免基体裂纹的产生,但保温随炉缓冷处理会引起熔覆层组织粗大、枝品特征明显等不良影响,而随箱缓冷处理涂层对熔覆层组织并未产生不良影响.     

45钢表面激光熔覆Ni20合金粉末的抗冲蚀性能

利用激光熔覆技术在45钢表面制备了Ni20合金熔覆层,通过扫描电镜、X射线衍射等方法,研究涂层相及冲蚀形貌,采用HV-1000型显微硬度计测试熔覆层截面显微硬度,利用自制冲蚀设备对Ni20合金熔覆层耐冲蚀性能进行研究,并得出研究结论。     

Ti-6Al-4V合金表面激光制备高温耐蚀涂层的研究

以在Ti-6Al-4V合金表面激光制备高温耐蚀涂层为目标,研究了以激光熔覆的方法在Ti-6Al-4V合金基体上合成制备钛铝化物基原位自生TiC颗粒增强的复合材料涂层以及钛-钼系耐蚀钛合金涂层,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计等分析了两种涂层的形貌、显微组织、相组成、显微硬度分布等特征.     

激光熔覆制备金属间化合物抗冲蚀涂层

采用同轴送粉方法,激光熔覆制备了WC增强Ni3Al金属间化合物基复合涂层,通过试验,优化了工艺参数,对激光熔覆涂层的成分、组织和硬度进行了测试和分析.结果表明,激光熔覆涂层无裂纹和气孔,与基体形成良好的冶金结合,WC颗粒的添加显著提高了涂层硬度.     

材料对激光多层涂覆定向凝固显微组织的影响

利用316L不锈钢和Ni35两种合金粉末在定向凝固镍基高温合金基材上进行激光多层涂覆实验,并对涂层内部的凝固显微组织形成机理进行研究。结果表明在本文的实验条件下,利用316L不锈钢材料可以得到晶体取向良好的定向凝固涂覆层。而对于本身容易形成等轴晶的Ni35自熔合金,尽管实验在定向凝固的基材上进行,涂层中的凝固显微组织仍趋向于等轴晶形态。     

AP/RDX共晶包覆微米铝粉的制备及表征

为了改善传统含高氯酸铵(AP)固体推进剂的热效应,采用溶剂蒸发法,参照零氧平衡的比例对高氯酸铵、黑索金(RDX)和微米级铝粉进行包覆处理,制备出微球形的AP/RDX/Al核壳型复合粒子,并对包覆后的AP/RDX/Al复合粒子进行TEM、FTIR、XRD和XPS表征分析,分析表明AP和RDX形成了AP/RDX共晶包覆层包覆在微米铝粉的表面。进一步对包覆后的复合粒子进行DSC测试分析,分析表明微米铝粉会使AP的放热更集中;经AP/RDX共晶包覆的微米铝粉颗粒热效应显著提高。     

300M钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度场数值模拟研究

为了提高飞机起落架减震支柱300M超高强钢的抗磨性能,突破由于温度梯度过大诱发的激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层裂纹等技术瓶颈,基于ANSYS软件的生死单元法编制热循环程序,考虑自润滑相和耐磨相材料热物性参数随温度的变化、相变潜热、激光熔覆过程中与外界的换热、激光熔覆功率、激光熔覆扫描速率等因素对激光熔覆过程温度场、熔池、温度梯度的影响,建立300M超高强钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度仿真模型。结果表明:基体的熔化需要激光、熔化的粉末等综合作用使传导到该区域的有效能量达到熔化的临界值,熔化高度增加率随激光功率的增加先降低后增加,熔化高度减少率随激光扫描速率的增加先变小后变大;由于激光熔覆的不同区域温度、冷却速率差异等综合因素影响,熔覆层熔池的纵截面为勺状熔池;伴随激光功率的增加,由于熔覆层不同区域对能量输入产生的温度响应速率差异导致Z方向温度梯度值增加,且最大冷却速率增加;伴随激光扫描速率的增加,激光输入能量降低,降低了高温区域温度及激光的快速局部加热等综合影响,Z方向温度梯度值降低。通过调控激光参数,在保持熔覆层结合强度的条件下,基体熔凝区能被控制到最小,并能够降低温度梯度。     

激光熔覆修复15-5PH不锈钢的拉伸性能及组织研究

研究了激光熔覆修复15-5PH沉淀硬化不锈钢激光熔覆修复比例(25%、50%、75%、100%)对其力学性能的影响,以及熔覆修复后试样的断口形貌、金相组织、内部缺陷和显微硬度。研究结果表明,15-5PH不同比例熔覆修复试样的抗拉强度均高于基材,但塑性随着修复比例的增大而降低,在所研究的4种熔覆修复比例的试样中,25%熔覆比例时抗拉强度最高,力学性能最好。熔覆修复冶金组织致密,分为修复区、热影响区和基材区,其中热影响区的组织呈现明显的方向性,晶粒均匀性好,无粗大晶粒,表面和内部无裂纹缺陷,显微硬度从修复区向基材区整体呈上升趋势,在热影响区内出现硬度峰值。熔覆界面的结合力较基体内部的结合力弱,修复试样的断口均呈V字形。     

工艺参数对等离子熔覆Ni-Cr合金涂层组织及成形质量的影响

在40Cr合金钢表面等离子熔覆Ni-Cr合金涂层,研究熔覆功率和扫描速度对熔覆层组织及成形质量的影响规律.研究结果表明:熔覆层的组织从表层到与基体的结合面处依次为细晶、粗枝晶和柱状枝晶,熔覆层与基体呈现良好的冶金结合状态.当扫描速度一定时,随着熔覆功率的增大,熔覆层组织得到细化.较低功率、较大扫描速度时,熔覆层与基体的结合处存在熔合不良现象;较高功率、较小扫描速度时,熔覆层产生裂纹.能谱分析表明Ni、Cr含量在熔覆层与基体的结合面处发生显著变化,在2.0kW熔覆功率和12.0mm/s扫描速度的试验条件下得到了稀释率较低的熔覆层.     

含稀土TiCx增强钛基激光熔覆层组织与耐磨性

采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面成功制备了含稀土CeO₂的碳化钛增强钛基激光熔覆层。运用渗透探伤、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、电子探针、显微硬度计、摩擦磨损试验机等分析和测试方法研究了碳化钛增强钛基激光熔覆层的成形质量、微观组织、元素分布、硬度和摩擦磨损性能。结果表明,涂层内无裂纹缺陷,仅在层间过渡区分布有少量气孔（孔隙率为1.65%）。涂层中物相主要包括富Ti、Cr元素的β固溶体（CrTi₄）、缺位型碳化钛（TiC_x）和稀土氧化物（CeO₂）。熔覆层各微区的碳化钛形貌存在显著差异,熔覆层顶部和中部区域呈发达树枝晶状和针状,而结合区由针状和小尺寸不发达枝晶组成。碳化钛枝晶中碳元素分布不均匀,一次枝晶含碳量高于二次枝晶。基体相中Ni和Cr元素呈现明显偏析,而Al和V元素分布相对均匀。此外,稀土氧化物CeO₂主要分布于TiC_x与CrTi₄相界以及CrTi₄晶粒边界处。与基材相比,尽管TiC_x增强钛基复合涂层具有较高的摩擦系数,但其耐磨性显著增加（提高近52%）。熔覆层和基材磨损机制均为黏着磨损和磨粒磨损的复合磨损模式,但熔覆层的磨损程度较轻。     

激光熔覆裂纹的形成机理及控制方法

激光熔覆技术是利用激光辐射使熔覆材料和基体表面同时熔化并快速凝固、从而显著改善基体材料物理性能的一种新工艺方法。但激光熔覆工艺的选择不当则会使熔覆层产生裂纹、气孔、未熔合等,从而影响熔覆制件的综合性能。本文研究了激光熔覆裂纹的种类以及熔覆层的应力类型,分析了裂纹产生的机理,指出材料间热膨胀系数、弹性模量的明显差别及激光熔池区域的温度梯度所决定的热应力是熔覆层裂纹形成的根源。并从熔覆材料和基体材料的合理选择、成形工艺参数的合理设计及热处理等方面,阐述了熔覆裂纹的影响因素和控制方法。