铜合金表面激光熔覆镍基复合涂层性能分析

铜合金因其优良特性在航空航天领域具有广泛应用。为了提高铜合金的机械性能,通过在镍基合金粉末中添加WC和ZrO₂粉末,利用原位生成的办法成功在铜合金表面制备了Ni基复合增强合金涂层,充分利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS）等表征技术和分析手段对熔覆层的微观组织、物相组成、硬度及耐磨性进行测试。结果显示：复合合金涂层中以WC、ZrC、M₂₃C₆、（W,Zr）C等碳化物为强化相,提高了涂层的硬度。对合金涂层的硬度、常温和高温耐磨性进行测试,复合涂层相比于基体,性能均得到有效提升,硬度从90 HV_0.2提高至620 HV_0.2,表面摩擦系数降低,耐磨性显著提升;尤其对高温耐磨性,提高约20倍。因此,经强化后的铜合金可实际应用于结晶器、火箭内衬材料等的生产与制造。     

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。     

TiC含量对激光熔覆制备TiC/Ti基复合涂层组织与性能的影响

为提高钛合金的耐蚀性能和承载性能,采用半导体激光器在钛合金表面制备冶金质量良好的TiC/Ti基复合涂层,研究Ni包TiC+TC4混合粉末中TiC含量对TiC/Ti基复合层组织及性能的影响。使用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对熔覆层进行组织形貌、物相表征,并对熔覆层的显微硬度、耐蚀性能及承载性能进行研究。结果表明:熔覆层物相主要由TiC,TiC0.95,NiTi_2,α'-Ti组成;熔覆层整体硬度波动较大,硬质相硬度为1000~1500HV,热影响区硬度约为437HV;Ni包TiC≤60%(质量分数,下同)时,熔覆层耐蚀性随着TiC质量分数的增加而增强,60%TiC时的耐蚀性能最优;Ni包TiC≤50%时,熔覆层承载性能随TiC质量分数的增加而提高,50%TiC时承载性能最优。     

真空压力浸渗法制备B4C/ZL301复合材料的组织与性能

采用真空压力浸渗法制备了B₄C体积分数约为60%的B₄C/ZL301复合材料，对基体材料和B₄C/ZL301复合材料微观组织、显微硬度、摩擦磨损及压缩性能进行测试分析。结果表明，采用真空压力浸渗法制备的B₄C/ZL301复合材料组织致密，增强相颗粒分布均匀，界面结合良好。复合材料的性能明显提高：平均显微硬度为252.00 HV,比铝合金基体(72.08 HV)提高了249.6%;平均摩擦因数为0.214,较铝合金基体(0.385)明显减小；复合材料的压缩强度相对于基体材料提升了9.1%。     

铝合金激光增材制造支撑布局及精确成形机制

航空航天领域复杂金属构件在激光增材制造过程中大多需添加支撑结构,尤以块状支撑结构应用最广泛。合理确定支撑间距及悬垂面后处理加工余量,对于激光精确成形至关重要。研究了支撑间距对选区激光熔化成形AlSi10Mg材料致密度、表面形貌、显微组织、硬度的影响规律,并通过数值模拟的方法揭示了支撑结构对成形性的影响机理。研究表明,不同支撑间距试样的平均致密度变化范围为96.7%～97.3%,当支撑间距小于1 mm时,去除支撑后试样下表面粗糙度稳定为约0.28 mm。成形试样底层受支撑结构影响可分为缺陷区、过渡区、致密区,在支撑间距为1 mm以下时,缺陷区厚度保持在约456μm。缺陷区的网状Si较粗大且稀疏,硬度为90 HV_0.1;致密区的网状Si较细小且密集,硬度为115 HV_0.1。支撑结构能有效阻止金属熔体侵入下层粉末,使熔池维持正常形态（最大长度为190μm,最大宽度为100μm）,有利于熔道内金属粉末充分熔化,保证成形性。激光增材制造铝合金复杂构件时设定最优支撑间距为1 mm可减少材料浪费和加工时长,设定悬垂面加工余量为456μm可在后处理中将缺陷...     

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.     

钛基稀土激光熔覆层组织细化机制及性能

采用通快TruDisk 4002光纤激光器在TC4合金表面分别制备了0wt% Y₂O₃和3wt% Y₂O₃的TC4+Ni45+Co-WC钛基耐磨复合涂层。利用XRD、SEM、EDS、EPMA、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析了涂层组织、显微硬度和摩擦学性能。结果表明，两种涂层表面均无裂纹孔隙等缺陷，且生成相一致，主要包括TiC、TiB₂、Ti₂Ni、WC和α-Ti；0wt% Y₂O₃涂层组织存在明显偏析，析出相尺寸粗大且方向性明显；3wt% Y₂O₃涂层组织呈均匀弥散状态分布，细化特征明显；经Bramfitt二维点阵错配度计算，（100）_Y2O3和（100）_Ti2Ni、（111）_Y2O3和（110）_TiC、（110）_Y2O3和（1010）_TiB2间的错配度分别为5.75%、6.72%和10.10%，Y₂O₃作为异质形核核心对Ti₂Ni、TiC和TiB₂的细化能力依次为Ti₂Ni > TiC > TiB₂；0wt% Y₂O₃和3wt% Y₂O₃涂层显微硬度分别为600~630 HV_0.5和470~480 HV_0.5，较基材分别提高了约62%和26%；3wt% Y₂O₃涂层耐磨减摩性最优，其磨损体积和摩擦系数较0wt% Y₂O₃涂层分别下降了约47.8%和5.0%，磨损机制主要为磨粒磨损。     

30CrMnSiA高强钢拉杆激光熔覆修复

针对飞机用30CrMnSiA高强钢拉杆的修复需求,以气雾化30CrMnSiA钢合金粉末为熔覆材料,开展激光熔覆工艺研究及拉杆修复。对比不同工艺参数对成形质量的影响,研究最优工艺下焊接接头熔覆区的组织、力学性能以及熔覆层的耐磨损性能,并采用最优工艺对拉杆受损伤部位进行修复及尺寸测量。结果表明：采用最优激光熔覆工艺,可获得与基体冶金结合良好、组织致密的熔覆层,熔覆层由呈柱状或蜂窝状的铁素体及周边的马氏体组成;接头熔覆区的显微硬度在475HV左右,高于基体约36%;熔覆接头平均抗拉强度相比母材增加约9%;耐磨性实验中,激光熔覆试样与30CrMnSiA钢锻件相比磨痕深度减小27.7%,磨痕宽度也减小35.2%,具有更好的耐磨损性能。采用最优激光熔覆工艺获得了熔覆质量良好、尺寸符合要求且基本无热变形的修复拉杆。     

激光快速制备Tix Aly-TiN复合涂层

采用激光气体氮化与同步送粉相结合的工艺方法,在Ti-6Al-4V合金表面原位合成了Tix Aly-TiN复合涂层。通过XRD,SEM,OM,EDS,显微硬度测试等手段研究了该复合涂层的物相组成、显微组织、元素分布及显微硬度。结果表明：涂层主要由TiN和Tix Aly 金属间化合物组成;沿激光熔深方向TiN含量下降;Tix Aly 金属间化合物含量上升;涂层无裂纹和孔隙,厚度较均匀,涂层与基体间形成良好的冶金结合;沿激光熔深方向N、Al元素的分布均匀;涂层显微硬度得到显著提高,且从涂层到基体逐渐降低。     

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.     

7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性

采用拉伸实验、剥落腐蚀实验、显微组织、化学成分、扫描电镜以及透射电镜和差示扫描量热法分析等手段,研究7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性。结果表明：110 mm厚7085-T651特厚板不同厚度层显微组织、力学性能和剥落腐蚀性能存在明显的不均匀性;1/4厚度层抗拉强度最低,为540 MPa,抗剥落腐蚀性能最差,腐蚀等级为EB级;心层抗拉强度最高,为580 MPa;表层抗剥落腐蚀性能最好,腐蚀等级为EA级;1/4层再结晶分数最多,约为47.7%,尺寸较大,约为105μm,晶界及晶内均有平衡相析出,时效析出相尺寸较小,因而力学性能及抗剥落腐蚀性能均最差;中心层再结晶分数最少,约为14.8%,存在大量亚晶,残余的 Al7 Cu2 Fe 相最多,约为1.43%,晶界平衡相尺寸、时效析出相尺寸及PFZ宽度均较大,因而力学性能较好而抗剥落腐蚀性能较差。     

Effects of in-situ TiB2 particles on machinability and surface integrity in milling of TiB2/2024 and TiB2/7075 Al composites

In-situ ceramics particle reinforced aluminum matrix composites are favored in the aerospace industry due to excellent properties. However, the hard ceramic particles as the reinforcement phase bring challenges to machining. To study the effect of in-situ TiB₂ particles on machinability and surface integrity of TiB₂/2024 composite and TiB₂/7075 composite, milling experiments were performed, and compared with conventional 2024 and 7075 aluminum alloys. In-situ TiB₂ particles clustered at the grain boundaries and dispersed inside the matrix alloy grains hinder the dislocation movement of the matrix alloy. Therefore, the milling force and temperature of the composites are higher than those of the aluminum alloys due to the increase of the strength and the decrease of the plasticity. In the milling of composites, abrasive wear is the main wear form of carbide tools, due to the scratching of hard nano-TiB₂ particles. The composites containing in-situ TiB₂ particles have machining defects such as smearing, micro-scratches, micro-pits and tail on the machined surface. However, in-situ TiB₂ particles impede the plastic deformation of the composites, which greatly reduces cutting edge marks on the machined surface. Therefore, under the same milling parameters, the surface roughness of TiB₂/2024 composite and TiB₂/7075 composite is much less than that of 2024 and 7075 aluminum alloy respectively. Under the milling conditions of this experiment, the machined subsurface has no metamorphic layer, and the microhardness of the machined surface is almost the same as that of the material. Besides, compared with 2024 and 7075 aluminum alloy, machined surfaces of TiB₂/2024 composite and TiB₂/7075 composite both show tensile residual stress or low magnitude of compressive residual stress.     

转速对铝铜层状复合板搅拌摩擦焊接接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接(FSW)对铝铜层状复合板进行焊接,研究转速对焊接接头组织性能的影响。结果表明:FSW接头在焊缝区域内铝铜金属呈层状分布;随着搅拌头转速的增大,焊核区(NZ)中铝与铜晶粒尺寸增大;转速为1180 r/min时,铝层焊缝中心区域平均显微硬度为33.0 HV,超过母材显微硬度,抗拉强度为127.21 MPa;转速为750 r/min时,铜层焊缝中心区域平均显微硬度为99.7 HV,达到母材显微硬度的82.05%;孔洞缺陷是造成接头力学性能较低的主要原因。     

2524与7150铝合金激光焊T型接头的组织与性能

介绍了2524与7150铝合金激光焊T型接头优化的工艺参数,并研究了T型接头在优化工艺下的显微组织与力学性能,进行金相分析、显微硬度测试与接头拉伸试验。结果表明:优化工艺下焊缝没有裂纹、气孔,金相组织晶粒细小、致密,焊缝区域的硬度最低;T型接头x方向的拉伸强度达到384 MPa,z方向的拉伸强度为236 MPa。     

Ca对Mg-5Al-8Zn-xCa镁合金显微组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备了Mg-5Al-8Zn-x Ca(x=0,1.75,2.0,2.25,2.5,2.75,3.0,wt%)合金。使用XRD、OM和SEM等研究了Ca含量对合金组织与力学性能的影响。结果表明:铸态Mg-5Al-8Zn-x Ca合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12相、Mg32(Al,Zn)49相及MgZn2相和Al2Ca相组成。当Ca含量从1.75wt%增加到2.75wt%时,基体晶粒显著细化,β-Mg17Al12相由粗大的连续网状转变为细小的断续网状分布于晶界上,层片状Al2Ca相也显著细化,此时合金的拉伸强度达到最大值138 MPa,较未加Ca时提高了27.8%;Ca含量继续增加至3.0wt%,晶粒又发生粗化,合金拉伸强度发生下降;拉伸断裂形式均为准解理脆性断裂。     

Cu含量对2219铝合金锻件及其焊接接头组织与性能的影响

采用力学拉伸实验、焊接实验、电化学阻抗谱(EIS)、循环阳极极化曲线(Tafel)以及金相和扫描电镜(SEM)等分析测试方法,研究Cu含量对2219铝合金锻件组织与性能的影响。结果表明:降低Cu含量,有利于减少2219铝合金基体内的残余结晶相,并有效抑制在合金焊接过程中粗大Al_2Cu相的析出,使基材和焊件的伸长率显著提高,强度略有下降;Cu在铝基体中形成Al_2Cu相诱导合金发生局部腐蚀,使材料的耐腐蚀性能变差,降低Cu含量能够减小合金的腐蚀倾向,改善合金的耐腐蚀性能。     

等离子体微弧氧化表面处理LY12铝合金的高温拉伸性能

采用等离子体微弧氧化技术对LY12铝合金表面进行氧化处理,对处理前后材料的高温拉伸性能进行了研究,用SEN观察试样拉伸断口及陶瓷涂层形貌。结果表明:在高温条件下,LY12铝合金表面陶瓷化后拉伸强度有一定提高,且随温度的升高,拉伸强度提高的比率增大,说明在高温条件下陶瓷涂层对铝基体起到了一定的隔热作用;表面陶瓷化对LY12铝合金的延伸率影响不大。试样为典型的韧性断裂,且断裂后陶瓷膜层没有出现大面积脱落,表明陶瓷涂层与铝基体结合良好。