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激光表面重熔Al-17Si合金组织与耐磨性研究

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热加工工艺 2023年第8期52卷 102-107页

作者：陈德旭张艳李涛吕红生张静江苏科技大学苏州理工学院江苏张家港215600 江苏科技大学冶金与材料工程学院江苏张家港215600

对Al-17Si合金进行激光表面重熔处理,研究激光功率和扫描速度对合金组织变化和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,Al-17Si表面重熔层厚度随激光输出功率增大而增大,随扫描速度增大而减小;初晶Si尺寸随激光输出功率增大明显减小,随扫描... 详细信息

对Al-17Si合金进行激光表面重熔处理,研究激光功率和扫描速度对合金组织变化和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,Al-17Si表面重熔层厚度随激光输出功率增大而增大,随扫描速度增大而减小;初晶Si尺寸随激光输出功率增大明显减小,随扫描速度增大略有增大;摩擦磨损系数和磨损量随激光输出功率增大而减小,随扫描速度增大而增大。当前实验条件下,激光表面重熔Al-17Si合金最佳工艺参数为输出功率250 W、扫描速度600 mm/min。

关键词： Al-17Si合金激光表面重熔微观组织摩擦磨损

激光表面重熔对退火70Mn态钢拉伸性能的影响

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机械设计与制造 2023年第8期 122-125页

作者：张有为龙日升张义民孙伏文沈阳化工大学装备可靠性研究所辽宁沈阳110142

为了探究激光表面重熔对退火态70Mn钢拉伸性能的影响,在扫描速率10mm/s、功率400W和氩气保护的条件下,制备了“条纹型”“网格型”和“混合型”图样的重熔拉伸试件;获得了激光重熔区的显微组织、不同图样试件的拉伸性能及其断口微观形... 详细信息

为了探究激光表面重熔对退火态70Mn钢拉伸性能的影响,在扫描速率10mm/s、功率400W和氩气保护的条件下,制备了“条纹型”“网格型”和“混合型”图样的重熔拉伸试件;获得了激光重熔区的显微组织、不同图样试件的拉伸性能及其断口微观形貌。试验结果表明“条纹型”和“混合型”重熔图样未对退火态70Mn钢的抗拉强度产生明显影响,而“网格型”重熔图样试件的抗拉强度降低了8.4%;不同重熔图样对屈服强度无明显影响;与光滑试件相比“条纹型”图样对伸长率几乎无影响“网格型”试件的伸长率降低了16.96%“混合型”试件的伸长率降低了9.11%。

关键词： 70Mn 激光表面重熔拉伸性能显微组织断口形貌

激光表面重熔对典型铝合金微观组织及耐腐蚀、磨损性能的影响研究

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激光表面重熔对典型铝合金微观组织及耐腐蚀、磨损性能的影响研究

作者：张成全重庆理工大学

学位级别：硕士

铝合金具有高比强度、良好的延展性以及可加工性,因此被广泛运用于航空航天、船舶、汽车等领域。但在实际使用过程中,由于铝合金构件的表面硬度低、耐磨性差以及抗蚀能力不足而易发生损坏失效。为进一步提升铝合金表面性能,本研究中选... 详细信息

铝合金具有高比强度、良好的延展性以及可加工性,因此被广泛运用于航空航天、船舶、汽车等领域。但在实际使用过程中,由于铝合金构件的表面硬度低、耐磨性差以及抗蚀能力不足而易发生损坏失效。为进一步提升铝合金表面性能,本研究中选择了三种典型铝合金（1050商业纯铝、A356和A319）作为研究对象,利用Nd:YAG脉冲激光对其表面进行激光处理,并综合运用多种表征手段对激光改性层的微观组织相关特征进行细致表征。此外,对激光改性层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性进行测量,并将微观组织变化和性能变化进行关联分析,相关研究结论如下:（1）采用两种激光扫描速度对1050商业纯铝进行激光表面重熔处理,收获态材料具有典型的再结晶组织,由尺寸较均匀的近等轴晶和亚微米尺度的第二相颗粒共同组成。经过2 mm/s和8 mm/s的激光重熔加工后,样品表层均出现以柱状晶为主要组织特征（晶内存在纳米级析出相）的重熔层,且明显较基体组织粗大。结合XRD和EDS结果确定收获态组织和激光重熔组织中的第二相颗粒均为α-（AlFeSi）相,但激光重熔使这些第二相得到极大细化。对比发现,扫描速度从2 mm/s升至8 mm/s后,重熔层的深度明显降低,其内部柱状晶的平均宽度也从38.0±4.3μm降至33.9±2.0μm。与此同时,晶内析出相也得到显著细化,而其面密度则大幅增加。晶体学织构分析显示,激光表面重熔未改变1050商业纯铝的主要织构特征,即仍以{100}立方织构为主,但织构强度有明显增加（经2 mm/s激光处理后织构强度可从初始的5.2增至17.3）,而增加扫描速度可减弱织构强度的增幅。硬度与磨损测试显示,激光重熔处理后样品表面硬度和耐磨性有轻微下降,分析表明这主要是重熔区中形成的相对粗大的柱状晶导致的,而增加扫描速度后,随着组织的细化,硬度和耐磨性降幅减小。此外,腐蚀结果表明样品表面腐蚀倾向略微降低,但腐蚀速率相对基体分别降低61.0%和86.1%,主要归因于LSR可使1050商业纯铝同时获得细小弥散的析出相和更强的立方织构,提高铝合金的抗点腐蚀性。（2）采用两种激光扫描速度对A356铸造铝合金进行了激光表面重熔,对其表层微观组织进行了细致表征,并将它们与表面耐磨/耐腐蚀性能进行了关联分析。研究发现,A356合金的初始组织由较粗大的α-Al枝晶及枝晶间Al-Si共晶组织共同组成,而经过2 mm/s和8 mm/s的LSR之后,α-Al和Al-Si共晶均发生了显著细化,且组织均匀性均获得大幅提升。硬度及磨损性能测试结果表明,2 mm/s样品的表面硬度和磨损率分别为71.6±0.6 HV和1.1×10 mm·N·m,而8 mm/s样品的表面硬度与磨损率分别67.2±1.1 HV和1.7×10 mm·N·m,相比于基体(55.3±0.5 HV和2.8×10 mm·N·m)都有明显提升。电化学测试结果表明,2 mm/s样品自腐蚀电位和电流分别为-0.82 V和9.5×10μA,8 mm/s样品自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.89 V和1.8×10μA。通过和基体自腐蚀电位和电流(-0.95 V和4.3×10μA)的对比可知,LSR后样品的耐腐蚀性得到明显的改善。结合微观组织特征的分析表明,LSR可使A356合金表面耐磨及耐腐蚀性能均得到改善,可主要归因于重熔层组织均匀化,Si元素在α-Al中的固溶量增大以及Al-Si共晶的细化与再分布。（3）采用两种激光扫描速度对A319铸造铝合金进行了激光表面重熔,对其表层微观组织进行了细致表征,并将它们与表面耐磨/耐腐蚀性能进行了关联分析。研究发现,A319合金的初始组织由较粗大的Al（Cu,Fe,Mn）相、Si相以及α-Al共同组成,而经过2 mm/s和8 mm/s的LSR之后,RZ中Al（Cu,Fe,Mn）相、Si相均发生了显著细化,且组织均匀性均获得大幅提升。硬度及磨损性能测试结果表明,2 mm/s样品的表面硬度和磨损率分别为122.2±4.7 HV和0.9×10 mm·N·m,而8 mm/s样品的表面硬度与磨损率分别115.3±3.4 HV和0.6×10 mm·N·m,相比于基体(85.6±1.6 HV和1.3×10 mm·N·m)都有明显提升。电化学测试结果表明,2 mm/s样品自腐蚀电位和电流分别为-0.46 V和1.73×10μA,8 mm/s样品自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.45 V和1.23×10μA。通过和基体自腐蚀电位和电流(-0.49 V和3.12×10μA)的对比可知,LSR后样品的耐腐蚀性得到明显的改善。结合微观组织特征的分析表明,LSR可使A319合金表面耐磨及耐腐蚀性能均得到改善,可主要归因于重熔层组织均匀化,Si元素在α-Al中的固溶量增大以及第二相细化与再分布。

关键词：典型铝合金激光表面重熔微观组织耐磨性耐腐蚀性

激光表面重熔对(Ti6Al4V)xZr合金腐蚀性能的影响

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激光表面重熔对(Ti6Al4V)xZr合金腐蚀性能的影响

作者：张艳颖石家庄铁道大学

学位级别：硕士

随着我国工业技术和科技水平的不断发展,构件极端超常服役条件对金属结构材料提出了更高的要求。在钛(Ti)合金的基础上,发展出了一系列极具潜力的超高强度钛锆(Ti Zr)基合金。Ti Zr基合金兼具了Ti合金的高比强度和Zr合金的低膨胀系数,... 详细信息

随着我国工业技术和科技水平的不断发展,构件极端超常服役条件对金属结构材料提出了更高的要求。在钛(Ti)合金的基础上,发展出了一系列极具潜力的超高强度钛锆(Ti Zr)基合金。Ti Zr基合金兼具了Ti合金的高比强度和Zr合金的低膨胀系数,但其表面抗腐蚀性能仍有待提高,尤其是抵抗点蚀的能力。表面淬火作为目前Ti Zr基合金工业表面处理的主要方式,能够有效提高表面硬度和抗磨损性能,但耐腐蚀性能明显降低。因此,亟需开发能够有效提高Ti Zr基合金表面耐腐蚀性能的新技术,为Ti Zr基合金在海洋和航空航天领域的应用提供更有利的保障。本文以(Ti6Al4V)xZr(x=0 wt%、20 wt%、30 wt%、47 wt%)合金为研究对象,通过激光表面重熔处理工艺来改善(Ti6Al4V)xZr合金表面微观组织结构和耐腐蚀性能,通过对比锻造态、表面淬火态和激光表面重熔态耐腐蚀性能,探究激光表面重熔处理对(Ti6Al4V)xZr合金耐蚀性的作用机制和腐蚀机理。实验结果表明,(Ti6Al4V)xZr合金由α/α′相和β相组成,表面淬火和激光表面重熔的(Ti6Al4V)xZr合金中β相的含量比锻态高,但激光表面重熔的(Ti6Al4V)xZr合金组织比表面淬火态的更细小。Zr含量增加,(Ti6Al4V)xZr合金的晶粒细化,耐蚀性提高;β相含量增加,α/α′和β的相比例先增加后减少,晶间腐蚀电流先增加后减小,三种状态中(Ti6Al4V)30Zr合金的耐蚀性最优。经过表面淬火处理的锻态(Ti6Al4V)xZr合金其耐蚀性降低,但经过激光表面重熔处理的(Ti6Al4V)xZr合金其耐蚀性比表面淬火(Ti6Al4V)xZr合金的耐蚀性提高。激光表面重熔处理的(Ti6Al4V)xZr合金中(Ti6Al4V)30Zr合金的耐蚀性最优,其腐蚀电位(Ecorr)为-0.3390 V,腐蚀电流密度(Icorr)为2.586035E-08 A/cm。氧化膜的成分含量是影响耐蚀性的关键。在激光表面重熔(Ti6Al4V)30Zr合金表面形成致密的氧化膜,氧化膜成分主要为Ti O和Zr O,Ti O和Zr O的含量越高,钝化膜的保护性越好。激光表面重熔(Ti6Al4V)30Zr合金中Ti O的含量比表面淬火态和(和锻态)Ti6Al4V)30Zr合金在0nm、5nm、10nm、15nm分别提高1.51%(1.3%)、7.42%(6.25%)、2.4%(2.46%)、7.77%(6.41%);激光表面重熔(Ti6Al4V)30Zr合金中Zr O的含量比表面淬火态(和锻态)(Ti6Al4V)30Zr合金在0nm、5nm、10nm、15nm分别提高1.99%(1.33%)、0.86%(-0.1%)、19.17%(0.6%)、28.19%(1.91%)。同时在激光表面重熔(Ti6Al4V)30Zr合金中检测到大量纳米孪晶组织的存在,纳米孪晶显著影响了钝化膜的成核和生长微观机制,对提高(Ti6Al4V)30Zr合金的耐蚀性起到了至关重要的作用。本文的研究结果一方面探明了(Ti6Al4V)xZr合金在激光局部急冷凝固和短时热循环条件下的组织结构形成规律;另一方面明确激光表面重熔处理对(Ti6Al4V)xZr合金耐腐蚀性能的作用机制。本论文研究结果对于Ti Zr基合金表面微观组织结构调控和耐腐蚀性能优化具有重要意义,为Ti Zr基合金的发展和应用提供了有力支持。

关键词：钛锆合金激光表面重熔微观组织结构耐蚀性腐蚀机理

激光表面重熔对反应堆用典型锆合金显微组织及性能的影响研究

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激光表面重熔对反应堆用典型锆合金显微组织及性能的影响研究

作者：张方利重庆理工大学

学位级别：硕士

锆合金由于具有优良的核性能、耐腐蚀性能及力学性能成为核工业不可或缺的关键结构材料。但锆合金的硬度通常较低使得其表面耐磨损能力较为有限,这在一定程度上限制了其服役寿命进而增加了使用成本。为了提升锆合金的表面性能,本研究采... 详细信息

锆合金由于具有优良的核性能、耐腐蚀性能及力学性能成为核工业不可或缺的关键结构材料。但锆合金的硬度通常较低使得其表面耐磨损能力较为有限,这在一定程度上限制了其服役寿命进而增加了使用成本。为了提升锆合金的表面性能,本研究采用激光表面重熔（laser surface remelting,LSR）技术对两种典型的核用锆合金（Zr-4和N36合金）进行了表面改性处理,其后综合利用电子通道衬度（electron channeling contrast,ECC）、电子背散射衍射（electron backscatter diffraction,EBSD）、能谱（energy dispersive spectrometry,EDS）等手段对样品LSR前后的主要显微组织特征进行了细致表征,并将它们与样品的硬度和耐磨损性能进行了关联研究。主要研究结论如下:（1）经100 W和50 W LSR处理后,Zr-4和N36合金表面形貌发生显著变化:其中100 W重熔后Zr-4和N36样品的重熔区（remelting zone,RZ）完全由细小的α板条组成,且板条内部存在许多纳米孪晶;热影响区（heat affected zone,HAZ）由块状α、α板条及第二相颗粒（second phase particles,SPPs）组成。50 W重熔后Zr-4和N36样品的RZ由更为细小的α板条和沿板条界析出的SPPs共同组成（N36）;HAZ则同样由板条α、SPPs和未转变的α晶粒共同组成。（2）100 W重熔后Zr-4和N36合金RZ的平均硬度值分别为254.9±8.5 HV和269.5±7.9 HV,50 W重熔后Zr-4和N36合金平均硬度分别为261.0±6.8 HV和265.7±8.3 HV,均较基体硬度（Zr-4和N36分别为200.9±7.0 HV和204.5±5.6HV）显著提升。综合分析显示,LSR过程中快速加热及冷却造成RZ内部晶粒细化、固溶强化和纳米孪晶界强化共同导致了锆合金表面硬度的提升。（3）磨损测试及分析显示,无论是否经过LSR,磨损过程中两种锆合金表面都主要发生磨粒磨损和氧化磨损。Zr-4合金100 W和50 W LSR样品的磨损率(100 W样品磨损率:4.1×10mm·N·m、50 W样品磨损率:3.8×10mm·N·m)分别比收获态试样的磨损率(5.8×10mm·N·m)降低近30%和35%;N36合金LSR样品的磨损率(100 W样品磨损率:3.6×10mm·N·m、50 W样品磨损率:3.7×10mm·N·m)比收获态试样的(4.4×10mm·N·m)磨损率降低约18%和16%,说明LSR确实能有效提高Zr-4和N36的耐磨性,这主要与LSR引起的样品表面硬度提升有关。（4）对比发现,N36合金经LSR处理后其表面硬度和耐磨性均较Zr-4合金更优,这可能与N36合金中添加的1 wt.%Nb元素有助于细化LSR组织并产生显著的固溶强化效果有关。（5）LSR处理能显著改变Zr-4和N36合金表面织构,形成较为理想的随机织构材料,有利于锆合金磨损性能的提升。

关键词：锆合金激光表面重熔硬度耐磨性 EBSD

激光表面重熔NiTi形状记忆合金组织及腐蚀性能

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材料热处理学报 2003年第3期24卷 66-69页

作者：崔振铎杨贤金朱胜利文效忠天津大学材料学院天津300072 香港理工大学工业及系统工程系

采用 2kWNd :YAG激光器对NiTi合金进行表面重熔处理 ,利用扫描电镜、X射线衍射、X光电子能谱分析重熔层成分和组织结构 ,利用电化学测试研究重熔层耐腐蚀性能。结果表明 :NiTi合金经过激光重熔处理后 ,可得到致密的重熔层 ;根据激光处... 详细信息

采用 2kWNd :YAG激光器对NiTi合金进行表面重熔处理 ,利用扫描电镜、X射线衍射、X光电子能谱分析重熔层成分和组织结构 ,利用电化学测试研究重熔层耐腐蚀性能。结果表明 :NiTi合金经过激光重熔处理后 ,可得到致密的重熔层 ;根据激光处理参数的不同 ,在重熔层中会出现Ti2 Ni、TiNi3等新相 ,重熔层表面Ti Ni及Ti4 + Ti比显著提高 ;

关键词： NiTi合金激光表面重熔表面特性腐蚀生物材料

激光表面重熔对ZrO_2-8wt%Y_2O_3热障涂层组织与抗热震性能的影响

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材料热处理学报 2011年第5期32卷 143-146页

作者：王超宋仁国常州大学先进金属材料常州市重点实验室江苏常州213164 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江杭州310014

采用等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备氧化钇部分稳定的氧化锆(ZrO2-8 wt%Y2O3)热障涂层,并用CO2横流激光器对热障涂层进行表面重熔处理,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热震试验等手段研究激光重熔前后热障涂层... 详细信息

采用等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备氧化钇部分稳定的氧化锆(ZrO2-8 wt%Y2O3)热障涂层,并用CO2横流激光器对热障涂层进行表面重熔处理,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热震试验等手段研究激光重熔前后热障涂层的微观结构及其抗热震性能的变化。结果表明,重熔前后涂层均由四方结构钇锆氧化物和立方相的氧化锆组成,重熔后涂层结晶度增加,晶粒有长大现象。激光重熔后涂层产生明显分层,表层组织孔隙和裂纹明显减少,裂纹呈网状且沿晶界分布,重熔涂层内部仍保持等离子喷涂典型结构。激光重熔后涂层孔隙率降低了67%,涂层的抗热震性能也显著提高。

关键词：等离子喷涂激光表面重熔热障涂层组织抗热震性能

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70Mn激光表面重熔工艺参数研究

机械设计与制造 2022年第11期 126-128,133页

作者：孙伏文龙日升张义民张有为沈阳化工大学装备可靠性研究所辽宁沈阳110142

为实现70Mn表面的小直径激光重熔强化,以重熔区深度0.30mm、宽度0.80mm为目标,研究了在不同扫描速率和不同激光功率下的70Mn钢表面“条纹型”重熔单元制备工艺,确定了适用于2mm厚70Mn钢的激光表面重熔工艺参数组合。结果表明:大气环境下... 详细信息

为实现70Mn表面的小直径激光重熔强化,以重熔区深度0.30mm、宽度0.80mm为目标,研究了在不同扫描速率和不同激光功率下的70Mn钢表面“条纹型”重熔单元制备工艺,确定了适用于2mm厚70Mn钢的激光表面重熔工艺参数组合。结果表明:大气环境下,重熔得到的条纹表面较氩气保护环境下的条纹表面粗糙,条纹两侧氧化严重并伴有严重的凸起;在氩气保护环境下,激光扫描速率10mm/s、激光功率400W时,试样可以获得目标重熔区深度(337.3μm)和宽度(817.2μm)。这为滚动轴承滚道等表面的激光重熔强化提供了重要参考。

关键词：激光表面重熔 70Mn 重熔区微观形貌

激光表面重熔蠕墨铸铁气门座微观特性分析和裂纹抑制研究

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激光与光电子学进展 2019年第21期56卷 108-114页

作者：庞铭谭雯丹中国民航大学机场学院

利用额定功率为3kW的Nd∶YAG固体激光器开展激光重熔蠕墨铸铁气门座实验,通过扫描电镜、显微硬度仪,采用荧光粉探伤方法分析激光表面重熔蠕墨铸铁气门座的宏观形貌、显微组织、硬度分布以及重熔层是否存在裂纹。结果表明:经激光表面重熔... 详细信息

利用额定功率为3kW的Nd∶YAG固体激光器开展激光重熔蠕墨铸铁气门座实验,通过扫描电镜、显微硬度仪,采用荧光粉探伤方法分析激光表面重熔蠕墨铸铁气门座的宏观形貌、显微组织、硬度分布以及重熔层是否存在裂纹。结果表明:经激光表面重熔后,重熔层中部区域组织为枝晶组织,在枝晶组织间弥散分布着针状物和颗粒状物;石墨的扩散降低了材料熔点,由于激光的快速加热和冷却等,重熔层与基体交界处形貌为锯齿形,且在热影响区观察到马氏体壳和莱氏体壳的双壳组织;不同区域的加热和冷却速度的差异导致重熔区表面到基体硬度逐渐降低;调控激光参数可以有效抑制气门座激光重熔层的裂纹。在激光功率为500W,离焦量为-1mm,激光扫描速度小于等于5mm/s的重熔工艺参数下,可以获得无裂纹的重熔层。

关键词：激光器激光表面重熔蠕墨铸铁气门座显微组织硬度裂纹