合金鑄鐵氣門座圈激光熔覆鎳基復(fù)合涂層

采用萬瓦橫流co2激光器在紫銅表面熔覆鎳基自熔合金熔敷層,并采用sem、xrd、om和顯微維氏硬度計(jì)進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)和硬度分析。結(jié)果表明:在紫銅表面完全可采用激光熔覆的方法制備鎳基自熔合金的熔覆層,熔覆層與銅基體形成冶金結(jié)合,組織致密、晶粒細(xì)小、無裂紋、孔隙夾雜等缺陷,熔敷層內(nèi)具有等軸晶、樹枝晶及胞狀晶等不同結(jié)構(gòu),并有wc、w2c、ni3b等強(qiáng)化相顆粒。同時(shí),與采用超音速火焰噴涂(hvaf)涂層進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明激光熔覆層硬度雖然低于噴涂涂層,但磨擦系數(shù)小,耐磨損性能有明顯的提高。

利用激光熔覆技術(shù)在紫銅表面制備鎳基合金涂層。采用sem、xrd、eds、顯微維氏硬度計(jì)進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)和硬度分析,并測試了紫銅基體、鎳基熔覆層的耐沖蝕磨損性能。結(jié)果表明:激光熔覆層與銅基體形成冶金結(jié)合,組織致密、晶粒細(xì)小、無裂紋、孔隙、夾雜等缺陷,熔覆層內(nèi)具有等軸晶、樹枝晶及平面晶等不同結(jié)構(gòu),并有cr、ni、b等強(qiáng)化相顆粒。當(dāng)沖蝕角為60°時(shí)紫銅基體和熔覆層的質(zhì)量損失率都比較大,隨著沖蝕時(shí)間的增加,熔覆層質(zhì)量損失率比紫銅的質(zhì)量損失率要低得多,激光熔覆層的耐磨性比基體組織的耐磨性提高了近3倍,激光熔覆層的耐沖蝕磨損性能得到明顯提高。

通過送粉式激光熔覆在碳素工具鋼(t10鋼)表面制備了co基合金熔覆涂層。利用掃描電子顯微鏡(sem)和x射線衍射儀(xrd)分析其微觀結(jié)構(gòu)和相組成。結(jié)果表明:熔覆層中主要有γ-co相以及其他相,包括cr23c6、co7w6和crni。從熔池與基體界面到熔覆層表面存在不同的凝固形態(tài),依次為平面晶(在界面處)、胞狀晶和樹枝晶。微觀組織較細(xì)的樹枝晶強(qiáng)化了熔覆層,因而激光熔覆層的顯微硬度增加,耐腐蝕性提高。

通過在機(jī)車氣門密封面上激光熔覆鈷基合金粉末,分析了熔覆層的組織和硬度特性,探討了激光熔覆修復(fù)機(jī)車氣門的可行性。結(jié)果表明,激光熔覆層的合金元素分布均勻,凝固偏析小;熔覆層組織致密,與氣門冶金結(jié)合良好,高溫顯微組織性能穩(wěn)定性好,在700℃以下顯微硬度沒有顯著降低,具有很好的耐熱沖擊性能,可滿足機(jī)車進(jìn)排氣門的修復(fù)要求。

通過對(duì)航空航天用超高強(qiáng)7050鋁合金進(jìn)行激光熔覆修復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究,探討了激光熔覆修復(fù)鋁合金的可行性。實(shí)驗(yàn)采用5kwco2連續(xù)激光器作為加熱源,在惰性氣體保護(hù)隔離箱中,對(duì)7050鋁合金的板狀試樣進(jìn)行了激光單道熔覆、多道搭接熔覆、多層堆積熔覆的實(shí)驗(yàn)研究。得到優(yōu)化的激光熔覆工藝參數(shù),制備了激光熔覆修復(fù)試樣,并觀察了不同激光熔覆區(qū)的微觀組織以及拉伸斷口形貌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)化激光熔覆工藝參數(shù)是:激光功率密度為1.84×104～2.12×104w/cm2,掃描速度為5mm/s,送粉量為1.8～2.4g/min,搭接寬度為1.5mm。采用優(yōu)化工藝參數(shù)熔覆,基底和熔覆區(qū)形成良好的冶金結(jié)合,熔覆后工件表面平整且基底沒有變形。同時(shí),采用干燥的氬氣加強(qiáng)對(duì)激光熔池的保護(hù)可以有效消除鋁合金激光熔覆中的缺陷。

北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院的前期研究表明,通過在tc4鈦合金表面直接采用激光原位熔覆tib2粉末能夠制備出具有tib2顆粒和tib短纖維梯度分布的涂層。據(jù)此,該學(xué)院試圖采用純ni與tib2粉末作為熔覆材料,運(yùn)用激光熔覆原位技術(shù)在tc4鈦合金表面制備出以高硬度tib2和tib為增強(qiáng)相,以高韌性niti和ti為基體的復(fù)合涂層。然而在ni+ti二元合

用激光熔覆co基合金的方法處理了內(nèi)燃機(jī)排氣門密封面,得到晶粒非常細(xì)小的枝晶組織,能滿足實(shí)際使用要求。對(duì)熔覆層組織的觀察中發(fā)現(xiàn),熔覆組織會(huì)對(duì)基體組織有繼承性。

氣門座安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟部位，在高溫條件下受到頻率的沖擊，對(duì)材質(zhì)的要求較高，利用鎳合金鑄鐵鑄造的氣門座，既保障了氣門座的高溫穩(wěn)定性及耐蝕性，又使鑄件具有一定的強(qiáng)度，硬度及韌性，從而滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作要求。

利用dl-t5000型二氧化碳激光器在qt-500球墨鑄鐵表面熔覆鐵基合金層,分析了激光熔覆層的顯微組織,測試了其顯微硬度及磨損性能。結(jié)果表明:制備的熔覆層組織致密、無裂紋,與基體形成了良好的冶金結(jié)合;從熔覆層表面到熱影響區(qū)的組織依次為大量的樹枝晶、等軸晶、樹枝晶;熔覆層的硬度較基體的提高了2.5倍,其磨損量約為基體的1/3,熔覆層耐磨性能增強(qiáng)的主要原因是鐵基合金與元素鎳、鉻等形成固溶體和碳化物等的強(qiáng)化作用所致。

為了制備高性能耐磨帶,提高工件的使用壽命,利用激光寬帶熔覆技術(shù)在17-4ph不銹鋼表面沉積鎳基合金做為過渡層,然后熔覆球形wc/ni基復(fù)合涂層。對(duì)激光熔覆層分別采用掃描電鏡(sem)、能譜儀(eds)、x射線衍射(xrd)等檢測分析手段進(jìn)行形貌觀察、成分分析、物相表征等,并使用mmg-10型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行涂層耐磨性能測試。研究結(jié)果表明,采用激光熔覆技術(shù)可制備高質(zhì)量wc/ni基復(fù)合涂層,碳化鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到65%,涂層冶金質(zhì)量、裂紋尺寸、稀釋率等滿足技術(shù)要求。復(fù)合涂層的耐磨性為鎳基合金的15倍,但其平均摩擦系數(shù)(0.926)高于鎳基合金(0.762)。

利用等離子熔覆技術(shù),選擇合適的工藝參數(shù),在硼鑄鐵基體上熔覆鐵基合金粉末制備具有冶金結(jié)合的耐磨涂層。采用金相顯微鏡、x射線衍射儀、掃描電鏡研究了涂層的組織,利用顯微硬度計(jì)測試了涂層的顯微硬度,通過環(huán)-塊磨損試驗(yàn)評(píng)估了涂層的耐磨性。結(jié)果表明,硼鑄鐵等離子熔覆鐵基合金涂層組織主要由(cr,fe)7c3,α-(fe,cr)和fe3c相組成;涂層的顯微硬度可達(dá)600~1200hv0.2;在干滑動(dòng)磨損條件下,涂層的耐磨性約是基體試樣的5倍。涂層中高硬度的(cr,fe)7c3及fe3c相的抗磨骨架作用,大量cr,si原子溶入基體引起的過飽和固溶強(qiáng)化作用,涂層快速加熱及快速凝固產(chǎn)生的細(xì)晶強(qiáng)化作用是涂層耐磨性提高的主要原因。

在合金灰鑄鐵基體上利用新型鎳基粉末進(jìn)行側(cè)向送粉激光合金化制備原位合成顆粒增強(qiáng)高鎳復(fù)合涂層,探究適用于合金灰鑄鐵送粉激光合金化的工藝參數(shù)。在合金灰鑄鐵氣門座圈表面利用側(cè)向送粉激光合金化進(jìn)行小批量試制。重點(diǎn)解決了氣門座圈強(qiáng)化層出現(xiàn)的硬度過高、加工裂紋、氣孔缺陷等問題,制備出無氣孔缺陷、硬度較低,滿足技術(shù)要求的強(qiáng)化層,實(shí)現(xiàn)對(duì)合金灰鑄鐵氣門座圈的激光強(qiáng)化。

對(duì)鈦合金表面激光熔覆研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,對(duì)鈦合金表面涂層進(jìn)行分類。介紹了鈦合金表面激光熔覆改性技術(shù)的熔覆材料、工藝和應(yīng)用。闡述了各類鈦合金涂層的實(shí)際性能以及對(duì)鈦合金表面改性涂層性能所做的研究。最后提出了鈦合金表面激光熔覆工藝未來的研究趨勢。

為進(jìn)一步提高q345鋼激光熔覆層的耐磨性能,利用激光熔覆技術(shù)在q345鋼表面制備了70%ni60a+30%wc熔覆層(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。采用x射線衍射儀及掃描電鏡分析了熔覆層的物相、顯微組織,采用摩擦磨損試驗(yàn)研究其耐磨性能。結(jié)果表明,q345鋼表面激光熔覆鎳基wc合金對(duì)其表面的晶粒細(xì)化、顯微硬度和耐磨性等都有很大提升。

金屬密封環(huán)的密封穩(wěn)定性直接影響到牙輪鉆頭的使用壽命,利用激光熔覆技術(shù)在牙輪鉆頭金屬密封環(huán)材料20crnimo合金鋼表面熔覆合金涂層,達(dá)到提高其表面耐磨性能的目的,從而提高牙輪鉆頭的壽命。分析了激光熔覆層的微觀組織,測試了激光熔覆層的微觀顯微硬度及摩擦磨損性能。結(jié)果表明:高度彌散的金屬間化合物、納米晶與有較高韌性的非晶相夾雜的復(fù)合組織提高了涂層的力學(xué)性能,試樣表面硬度、抗磨損性能大幅提高。

在球墨鑄鐵qt600-3表面激光熔覆鐵基合金涂層,分析測試了激光熔覆層的微觀組織、顯微硬度以及界面處fe、cr元素的分布情況。結(jié)果表明:激光熔覆區(qū)為胞狀晶和樹枝晶結(jié)構(gòu),組織均勻致密,fe、cr等元素在熔覆層與母材間發(fā)生了相互擴(kuò)散,形成良好的冶金結(jié)合,并有硬質(zhì)點(diǎn)的彌散分布,使得涂層硬度大幅度提高,大約為基體硬度的2.6倍。

通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)并分析了氣門座對(duì)所使用材料的要求,推薦二種適合不同發(fā)動(dòng)機(jī)要求的合金鑄鐵氣門座新材料。

Ni—Cr—B—Si系合金激光熔覆—結(jié)合帶與熱影響區(qū)

敘述了ｎｉ－ｗ合金鑄鐵用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣門座的依據(jù)、試驗(yàn)方案、測試結(jié)果和分析討論。證明用這種材料制成的氣門座，能夠滿足強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)程的要求。

用nd:yag脈沖激光在低硅鋼表面制備激光熔覆高硅涂層,研究了激光熔覆高硅涂層樣品的組織和磁性能.結(jié)果表明,制備出的激光熔覆高硅涂層組織致密、無氣孔和裂紋,且與基體有良好的冶金結(jié)合.經(jīng)激光熔覆后硅鋼表面存在熔覆區(qū)、界面結(jié)合區(qū)和熱影響區(qū).熔覆區(qū)的顯微組織不均勻,隨著與結(jié)合界面距離的增加,由柱狀晶變?yōu)闃渲?最終過渡到表層的細(xì)小樹枝晶組織.熔覆層與基體之間的結(jié)合界面為平面晶組織,熱影響區(qū)為馬氏體組織.熔覆涂層的顯微硬度遠(yuǎn)高于低硅鋼基體,其主要原因是涂層具有較高的si含量,涂層中的α-fe和γ-fe雙相組織也導(dǎo)致了硬度的提高.激光熔覆高硅涂層硅鋼樣品經(jīng)擴(kuò)散退火后具有室溫鐵磁性,si含量的提高使其室溫直流破性能優(yōu)于原始低硅鋼.

根據(jù)氣門座圈的生產(chǎn)和使用要求,研究了一種成分的離心鑄造高鉻鑄鐵鑄態(tài)和回火態(tài)的組織和性能。結(jié)果表明,離心鑄造的高鉻鑄鐵其鑄態(tài)組織由初生奧氏體、共晶奧氏體和共晶碳化物組成,回火態(tài)組織由回火馬氏體、殘余奧氏體和共晶碳化物組成;熱處理后的高鉻鑄鐵消除了內(nèi)應(yīng)力,減小了晶格畸變,具有較好的強(qiáng)度,并且有一定的硬度。離心鑄造高鉻鑄鐵氣門座圈能滿足大功率內(nèi)燃機(jī)的使用要求。

在鈦合金(tc4)表面采用預(yù)置粉末的方式激光熔覆純鐵粉,利用熱力學(xué)相圖分析軟件(thermo-calc)對(duì)ti-fe-al-v體系進(jìn)行平衡相圖計(jì)算,同時(shí)對(duì)體系可能發(fā)生的熱力學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)吉布斯自由能(δg0)進(jìn)行計(jì)算.x線衍射(xrd)結(jié)果表明,熔覆層主要存在相有feti、fe2ti、ti3al和α-ti,熔覆層的顯微硬度大大高于基體,最大值為1300hv,熔覆層耐磨性能顯著提高,約為基體材料的6.4倍.