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连接金具用Q235钢表面激光合金化耐磨耐蚀涂层的组织及性能研究

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表面技术 2024年

作者：周海飞李凤瑞王河钱大虎余璐涛迟一鸣姚建华国网浙江省电力有限公司电力科学研究院浙江工业大学激光先进制造研究院

目的针对电网连接金具硬度低、耐磨性差、易腐蚀失效的问题。方法采用激光合金化工艺在常见连接金具材料Q235钢表面制备了均匀致密的K500涂层与K500+WC复合涂层，研究了涂层的物相组成、微观组织、WC颗粒的溶解析出行为，并对其耐磨... 详细信息

目的针对电网连接金具硬度低、耐磨性差、易腐蚀失效的问题。方法采用激光合金化工艺在常见连接金具材料Q235钢表面制备了均匀致密的K500涂层与K500+WC复合涂层，研究了涂层的物相组成、微观组织、WC颗粒的溶解析出行为，并对其耐磨性能和耐蚀性能进行了对比分析。结果结果表明，K500涂层由γ-(Fe，Ni，Cu)单相固溶体组成，组织由底部平面晶向柱状晶、枝晶、顶部等轴晶发生转变。K500+WC涂层主要由γ相固溶体、WC、W2C组成，在熔池中WC颗粒边缘溶解形成几微米左右的元素扩散区域，该区域内析出枝晶状、块状碳化物，熔池底部富Fe元素区域还析出了鱼骨状Fe3W3C碳化物。K500涂层与K500+WC涂层的平均显微硬度分别为244.73HV0.2和355.27HV0.2，磨损率分别比基材降低了41.48%和85.39%，耐磨性能显著提升，这得益于γ相的固溶强化及碳化物的弥散强化效应。结论 K500涂层中的Ni、Cu等元素在腐蚀初期会形成致密的氧化膜，将涂层与腐蚀性介质隔离，有效降低腐蚀速率。加入WC颗粒后，耐蚀性良好的γ相含量降低，涂层内部微界面增多、腐蚀通道增加，导致K500+WC涂层耐蚀性略有降低，但仍明显优于基材。

关键词：激光合金化电网连接金具 WC颗粒耐磨性能耐腐蚀性能

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浅析激光合金化过程成形机理的研究进展

中国设备工程 2024年第14期 103-105页

作者：黄嫦娥卢荣伟吕汝金廖维奇桂林电子科技大学机电综合工程训练国家级实验教学示范中心广西桂林541004

激光合金化技术由于其操作简单且效率高,在金属表面改性中具有很好的应用价值和发展前景。为了更好地分析与研究该技术,本文分别从温度场、热力场及工艺参数三个方面,全面分析激光合金化的过程和成形机理,逐步形成激光合金化过程实现精... 详细信息

激光合金化技术由于其操作简单且效率高,在金属表面改性中具有很好的应用价值和发展前景。为了更好地分析与研究该技术,本文分别从温度场、热力场及工艺参数三个方面,全面分析激光合金化的过程和成形机理,逐步形成激光合金化过程实现精确可控的技术指导思路,并对近年来对金属激光合金化成形过程的分析与总结,为激光合金化的发展提供了有益的参考。

关键词：激光合金化温度场热力场工艺参数

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激光合金化掺杂TiC对等离子喷涂8YSZ热障涂层热腐蚀行为的影响

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中国表面工程 2023年第6期36卷 126-134页

作者：张盼盼孙宇海孙磊李波张群莉姚建华浙江工业大学机械工程学院杭州310023 浙江工业大学激光先进制造研究院杭州310023 浙江工业大学高端激光制造装备协同创新中心杭州310023

传统的等离子喷涂热障涂层在高温环境下服役易受熔融腐蚀盐渗透而过早剥落失效,研究激光合金化掺杂自愈合材料TiC对热障涂层热腐蚀行为的影响具有重要意义。采用大气等离子喷涂技术(Atmospheric plasma spray,APS)在Inconel 718镍基高... 详细信息

传统的等离子喷涂热障涂层在高温环境下服役易受熔融腐蚀盐渗透而过早剥落失效,研究激光合金化掺杂自愈合材料TiC对热障涂层热腐蚀行为的影响具有重要意义。采用大气等离子喷涂技术(Atmospheric plasma spray,APS)在Inconel 718镍基高温合金表面制备NiCrAlY粘结层,采用大气等离子喷涂技术在NiCrAlY粘结层上制备8 wt.%氧化钇部分稳定的氧化锆(8 wt.%yttria partially stabilized zirconia,8YSZ)陶瓷层,构建典型双层结构热障涂层体系。采用1 kW光纤耦合激光器将自愈合材料TiC熔于8YSZ热障涂表层,并考察其在900℃下25%NaCl+75%Na_(2)SO_(4)混合熔盐中保温4 h的热腐蚀行为。结果表明,与等离子喷涂涂层相比,激光合金化改性热障涂层表面更加光滑,分布有网状裂纹,且结构致密。等离子喷涂涂层的热腐蚀产物主要是针状颗粒Y_(2)(SO_(4))_(3)和m-ZrO_(2),但仅有较少的热腐蚀盐渗透至激光合金化改性热障涂层内部,其热腐蚀产物为Y_(2)(SO_(4))_(3)和少量的TiO_(2)。激光合金化改性热障涂层的抗热腐蚀性能较等离子喷涂态热障涂层提升55.5%,一方面激光合金化改性层组织致密,可阻止热腐蚀盐渗透至涂层内部,另一方面,激光合金化改性热障涂层表面粗糙度更低,能减少与热腐蚀盐的接触面积。此外,自愈合材料TiC在高温下发生氧化反应引起体积膨胀,实现裂纹的部分自愈合效应,进一步阻止了热腐蚀反应的发生。采用激光表面改性技术将自愈合材料TiC引入热障涂层,激光合金化改性热障涂层不仅具有光滑的表面形貌,还具有致密的微观组织结构;同时自愈合材料TiC在高温环境下的裂纹自愈合效应有助于抑制热腐蚀盐的渗透,最终提高热障涂层的抗热腐蚀性能。

关键词：等离子喷涂激光合金化热障涂层抗热腐蚀性能 TiC 自愈合

激光合金化改性8YSZ热障涂层的抗热腐蚀性能研究

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中国激光 2023年第4期50卷 12-22页

作者：孙磊郭雨嘉张盼盼刘蓉张群莉姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院浙江杭州310023 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023 浙江工业大学高端激光制造装备协同创新中心浙江杭州310023 卡尔顿大学机械和航空工程系加拿大渥太华KIS 5B6

热障涂层可为航空发动机、燃气轮机中的高温部件提供热防护,但其易受高温熔盐腐蚀而过早失效。激光合金化是一种提高涂层抗熔盐腐蚀性能的有效方法。本团队将TiAl3作为自愈合剂,对8%Y_(2)O_(3)部分稳定的ZrO_(2)(8YSZ)热障涂层进行激光... 详细信息

热障涂层可为航空发动机、燃气轮机中的高温部件提供热防护,但其易受高温熔盐腐蚀而过早失效。激光合金化是一种提高涂层抗熔盐腐蚀性能的有效方法。本团队将TiAl3作为自愈合剂,对8%Y_(2)O_(3)部分稳定的ZrO_(2)(8YSZ)热障涂层进行激光合金化改性。将喷涂态热障涂层和激光合金化改性热障涂层在900℃的75%Na_(2)SO_(4)+25%NaCl熔盐环境下进行4 h热腐蚀试验。结果表明:激光合金化改性热障涂层结构致密且表面分布着网状裂纹,改性层保持亚稳态四方相(t’-ZrO_(2))结构;喷涂态热障涂层在900℃腐蚀4 h后,腐蚀产物为单斜相m-ZrO_(2)和Y_(2)(SO_(4))3,表面有较多的热腐蚀产物;激光合金化涂层在900℃腐蚀4 h后,腐蚀产物为少量m-ZrO_(2)和Y_(2)(SO_(4))3,改性层结构未发生腐蚀破坏,涂层保持着结构完整性;自愈合剂TiAl3在高温下发生氧化反应生成的Al_(2)O_(3)和少量TiO_(2)可以填补裂纹,有助于抑制高温腐蚀盐的渗透,从而提高了涂层的抗热腐蚀性能。

关键词：激光技术激光合金化热障涂层抗热腐蚀性能自愈合

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激光合金化技术在篦板修复中的应用研究

应用激光 2022年第10期42卷 120-125页

作者：孙荣敏陆荣幸冯树强柳州工学院机械工程学院广西柳州545000 柳州市金百汇激光技术有限责任公司广西柳州545003

为了提高篦冷机篦板的服役寿命,用激光表面合金化技术在ZG40Cr25Ni20抗磨耐热钢表面制备合金层。在优化的工艺参数下,篦板表面光滑、无气孔和裂纹;合金硬化层与基体形成良好的冶金结合;合金硬化层从表层到底部的显微组织依次为等轴晶、... 详细信息

为了提高篦冷机篦板的服役寿命,用激光表面合金化技术在ZG40Cr25Ni20抗磨耐热钢表面制备合金层。在优化的工艺参数下,篦板表面光滑、无气孔和裂纹;合金硬化层与基体形成良好的冶金结合;合金硬化层从表层到底部的显微组织依次为等轴晶、树枝晶和柱状晶;激光合金硬化层的平均硬度为840 HV,约为基体硬度的1.6倍。水泥厂装机试验表明,激光合金化后的篦板服役时间平均延长1倍以上。

关键词：激光合金化 ZG40Cr25Ni20耐热钢使用寿命硬度

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激光合金化改善6061铝合金薄板性能研究

应用激光 2022年第12期42卷 98-105页

作者：杨耀升王婷江苏信息职业技术学院微电子学院江苏无锡214153

采用YAG激光合金化法对6061铝合金与镍基自熔合金进行合金化处理。考察工艺参数对微观结构、组成、力学性能及合金化析出物的影响,并探讨热流对于氮化物在合金化区域析出演进的过程。研究结果表明:随着电流的增加和扫描速度的降低,激光... 详细信息

采用YAG激光合金化法对6061铝合金与镍基自熔合金进行合金化处理。考察工艺参数对微观结构、组成、力学性能及合金化析出物的影响,并探讨热流对于氮化物在合金化区域析出演进的过程。研究结果表明:随着电流的增加和扫描速度的降低,激光合金化区域越来越宽且越来越深。从合金表面到基体材料,析出相首先显示为Al3N,其次是Al3Ni2和AlNi,直到合金区和基体材料的交界处存在AlNi相。合金区硬度值随深度逐渐增大,然后急剧减小至接近基体材料硬度。合金区的硬度最高达539 HV,是原基体材料硬度的6倍。

关键词：激光合金化表面改性铝合金

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船用高负荷齿轮激光合金化齿面改性研究

热能动力工程 2023年第2期38卷 118-124页

作者：韦军伟陈营利贾海涛邵钢中国船舶集团有限公司第七○三研究所黑龙江哈尔滨150078

为了提高船用高负荷齿轮机械性能,对船用高负荷齿轮材料(42CrMoA)进行激光合金化强化处理,并对处理后的样件进行显微组织分析以及对HXD-1000TMJC型数字式显微硬度计进行硬度检测,探究激光合金化处理参数,如粉层厚度、激光输出功率、扫... 详细信息

为了提高船用高负荷齿轮机械性能,对船用高负荷齿轮材料(42CrMoA)进行激光合金化强化处理,并对处理后的样件进行显微组织分析以及对HXD-1000TMJC型数字式显微硬度计进行硬度检测,探究激光合金化处理参数,如粉层厚度、激光输出功率、扫描速度和离焦量以及合金粉末成分对性能的影响。结果表明:以42CrMoA材料为基体的齿轮,经过激光合金化强化处理后其强化层由合金化层和淬硬层组成,强化层总深度1.1 mm;随着合金粉层厚度的增加,淬硬层中马氏体质量分数减少,晶粒变得更加粗大;扫描速度的增加会导致强化层深度减小;离焦量减小会使光斑直径逐步缩小,强化层的宽度也随之显著缩小,合金粉末优化后,显微组织显著细化,硬质颗粒密度增大。

关键词： 42CrMoA 船用高负荷齿轮激光合金化齿面改性

激光合金化Ni-W-Si涂层的组织与性能研究

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稀有金属材料与工程 2016年第2期45卷 375-380页

作者：卢云龙张培磊马凯于治水闫华李崇桂上海工程技术大学上海201620 高强激光智能加工装备关键技术产学研开发中心上海201620

以Ni-W-Si合金为原料,利用激光合金化技术在AISI 304不锈钢表面上制备了以W5Si3的复合相为增强相的Ni-W-Si涂层,用SEM、XRD与EDS等方法分析了合金的显微组织、相组成及成分,讨论了不同W、Si含量对涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明,... 详细信息

以Ni-W-Si合金为原料,利用激光合金化技术在AISI 304不锈钢表面上制备了以W5Si3的复合相为增强相的Ni-W-Si涂层,用SEM、XRD与EDS等方法分析了合金的显微组织、相组成及成分,讨论了不同W、Si含量对涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明,涂层中析出了大量花瓣状或胞状W5Si3、CrSi2及（Fe,Ni）复合相,对提高涂层抗磨损能力有良好的增强作用;含W量较高的粉末经激光合金化后残余大量未熔W颗粒,新相以其为形核中心析出并长大形成夹心结构;涂层磨损机制主要为磨粒磨损,高强韧的W5Si3相使涂层的显微硬度显著提高（最高达10400 MPa）,并使室温干滑动摩擦磨损抗性提高了3~8倍。

关键词：涂层激光合金化微观硬度微观结构

Ti6Al4V钛合金表面激光合金化制备Ti-Cu合金层的组织结构

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金属热处理 2022年第7期47卷 241-244页

作者：谢燕翔李琳叶芳霞付福兴李雷何斌锋刘明霞西安文理学院机械与材料工程学院陕西西安710065 西安文理学院陕西省表面工程与再制造重点实验室陕西西安710065 西安建筑科技大学材料科学与工程学院陕西西安710055

采用激光合金化技术在Ti6Al4V合金基体表面制备了厚度约为120μm均匀致密连续的Ti-Cu合金层,分析了合金层的元素分布和显微组织结构。结果表明,Ti-Cu合金层中Cu元素随着合金层深度呈梯度分布,在靠近Ti-Cu合金层表面的区域主要是柱状晶... 详细信息

采用激光合金化技术在Ti6Al4V合金基体表面制备了厚度约为120μm均匀致密连续的Ti-Cu合金层,分析了合金层的元素分布和显微组织结构。结果表明,Ti-Cu合金层中Cu元素随着合金层深度呈梯度分布,在靠近Ti-Cu合金层表面的区域主要是柱状晶夹杂着少量的块状晶,中上部区域主要是生长取向各异且较粗的不发达枝状晶和部分胞状晶,中下部区域主要是生长取向各异的胞状晶,合金层与基材的界面处主要以细小的平面晶为主。合金化层中Cu元素和Ti元素除了形成固溶体外,还形成了Ti_(2)Cu、Ti_(3)Cu和Cu_(3)Al_(4)等金属间化合物,同时还形成了Cu_(3)TiO_(4)和Al_(2)TiO_(5)等金属陶瓷相。

关键词： Ti6Al4V钛合金激光合金化 Ti-Cu合金层组织结构