金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展

 简要报道本实验室目前在先进航空金属材料激光表面改性及高性能金属零件激光快速成形技术研究与应用的新进展。主要内容包括 :(1 )钛合金耐磨阻燃激光表面合金化与激光熔覆表面改性技术;(2 )刷式密封及指尖密封跑道高温自润滑耐磨涂层新材料及其激光熔覆制备新技术;(3 )难熔金属硅化物复合材料高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及激光熔覆涂层技术;(4 )高性能 /梯度性能钛合金及高温合金结构件激光快速成形技术。     

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     

K418激光熔覆NiCrWMo组织及耐磨性研究

为研究修复某航空叶片,采用Nb：YAG激光在K418镍基高温合金表面熔覆NiCrWMo涂层。分析了熔覆层组织,测试了熔覆层硬度。结果表明：采用自配的镍基合金粉末,在工艺参数为电流160 A、脉宽8 ms、频率4 Hz时,用激光熔覆能够实现对K418镍基高温合金损伤结构的修复,获得了表面平整、连续,微观组织细密、均匀,与基体呈良好冶金结合,硬度高于基体,无缺陷的熔覆层。     

钛合金表面激光熔覆涂层工艺

钛合金具有很高的比强度、优良的耐腐蚀性和高温性能,是航空航天部门广泛使用的高性能材料。但钛合金的摩擦系数大、耐磨性差,因而极大地限制了它在工程上的应用范围。金属表面激光熔覆技术是近年来发展起来的一种新型表面处理工艺。利用高能激光束对材料表面的瞬间加热和熔池快速冷却的特性,在钛合金表面用激光熔覆一层增强材料,能够显著改善钛合金的表面性能[1]。目前,在钛合金表面上进行激光熔覆的镍基合金材料主要是NiCrBSi[2],而用NiCo-CrAlY作涂层的研究却未见报道。NiCoCrAlY合金是常用的热喷涂材料,其涂层致密,结合强度大,耐…     

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.     

激光熔覆耐磨涂层的研究现状与展望

激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术，在制造耐靡涂层方面具有广阔的前景。本文综合评述了激光熔覆耐磨涂层的研究和应用。其中包括熔覆工艺、材料体系及其熔覆所形成的冶金组织特征和性能。最后，提出了存在的问题如今后努力的方向。     

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。     

国内激光熔覆制备金属陶瓷复合涂层的研究进展

综述了近年来国内在激光熔覆制备金属陶瓷复合涂层方面的研究进展,包括金属陶瓷熔覆材料、涂层组织与性能、涂层中陶瓷颗粒的溶解机制等方面的研究情况,并展望了激光熔覆技术的发展方向.     

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.     

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.     

核壳结构纳米铝粉热学行为

为了研究不同表面包覆物对纳米铝粉热学行为的影响,采用激光-感应复合加热法制备了三种不同表面包覆的核/壳结构纳米铝粉(氧化铝钝化、碳包覆及增塑剂DOS包覆)。采用高分辨透射电镜(HRTEM)对制备的纳米粉末结构进行表征,并采用差示扫描量热及热重分析(DSC-TG)对不同物质包覆纳米铝粉的热学性能进行研究。结果表明,这些纳米粒子均呈现出明显的核壳结构,且包覆层厚度约3.5nm。这三种不同表面包覆纳米铝粉在400℃至铝熔点(660℃)之间均发生了氧化,但非氧化物包覆纳米铝粉(碳包覆与增塑剂DOS包覆)的氧化开始温度及峰温比氧化铝钝化纳米铝粉提前了约30℃左右,而且氧化放热热焓和氧化质量增重均高于氧化铝钝化纳米铝粉,表明这两种非氧化物表面包覆对纳米铝粉的热学行为有积极的影响。最后对不同物质包覆纳米铝粉的破壳氧化机制进行了探讨。     

激光重熔对喷射电沉积纳米结构镍涂层性能影响研究

采用喷射电沉积方法在45钢基体表面制备了纳米结构镍涂层,研究了激光重熔工艺对涂层性能的影响。用扫描电镜和X射线衍射仪对涂层表面形貌和晶粒尺寸进行分析,并对涂层做表面显微硬度测试和耐腐蚀性试验。结果表明:在优化的工艺参数下,喷射电沉积制备的镍涂层表面比较平整、结合较致密,由平均尺寸为13.7 nm的纳米晶颗粒组成,但涂层中仍存在一些孔隙及其它缺陷;经过激光重熔后,熔融区内的晶粒尺寸明显减小,涂层致密化程度有所提高并使涂层与基体由机械结合变为冶金结合,因此涂层的表面显微硬度和耐腐蚀性能得到明显的提高。     

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。     

表面处理对热障涂层界面微结构的影响

采用真空电弧离子镀技术在单晶高温合金DD32上制备HY5金属粘结层,通过振动光饰、吹砂2种不同的表面处理方法改变粘结层表面状态,再在粘结层表面利用电子束物理气相沉积技术制备陶瓷层。研究了不同处理方法对粘结层表面状态的影响;测试了不同表面处理方法下制备的热障涂层的高温氧化性能并对比分析了它们的变化规律。此外,探讨了不同表面处理方法对界面元素成分及失效特征的影响。研究结果表明,通过表面处理可以去除粘结层表面较大的凸起,提高表面平整度,提高热障涂层抗氧化性能。与粗糙界面相比,光滑界面形成的TGO层均匀致密,Al含量高。经长时间的高温氧化后,粗糙界面的TGO层出现明显皱曲现象,陶瓷层开裂剥落。     

姿/ 轨控液体火箭发动机推力室高温抗氧化涂层

概述了国内外姿/轨控液体火箭发动机高温抗氧化涂层的研究和应用进展,研制过程涉及多种材料体系,但仅有几类广泛应用于型号,包括Nb基材表面硅化物材料体系、Pt-Rh合金、Re基材表面Ir涂层。随着对发动机性能要求的提高,Re/Ir材料体系成为目前主要的研究方向。     

高温合金纳米晶涂层的发展

高温合金纳米晶涂层是一种新的高温合金防护涂层体系.与目前通常采用的涂层不同,其成分与基体合金基本相同,有良好的抗氧化性能,且避免了传统涂层高温使用后在涂层与基体间因互扩散形成的脆性有害相.高温合金纳米晶涂层是在研究晶粒度对合金抗氧化性能影响的基础上发展起来的.本文综述了国内外对晶粒细化影响铁基合金、金属间化合物、高温合金等氧化性能的研究概况,重点介绍了高温合金溅射纳米晶涂层的研究结果.     

碳材料高温氧化防护陶瓷涂层体系研究进展

涂层处理是对碳材料进行高温氧化防护的主要措施之一。本文阐述了碳材料的氧化行为,简单介绍了碳材料的各种氧化防护措施及其适用范围,以及碳材料的高温氧化防护对涂层体系的要求。在综合分析陶瓷耐火材料高温性能的基础上,综述了碳纤维高温氧化防护陶瓷涂层体系研究进展情况。