激光熔覆Ni基自熔性合金粉末讲解
钛合金表面上两种镍基合金粉的激光熔覆研究
钛合金表面上两种镍基合金粉的激光熔覆研究St udy of Laser Cladding Two Ni2base AlloyPowders on Titanium Alloy耿 林,孟庆武,郭立新(哈尔滨工业大学,哈尔滨150001)GEN G Lin,M EN G Qing2wu,GUO Li2xin(Harbin Instit ute of Technology,Harbin150001,China)摘要:分别以NiCrBSi和NiCoCrAl Y为预涂粉,采用CO2激光器,在Ti26Al24V合金表面进行激光熔覆镍基合金涂层的研究。
通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对涂层进行分析,对比两种镍基合金粉的激光熔覆性能。
分析发现,NiCrBSi涂层组织以γ2Ni为基体,含有Ni3B,TiB2,TiC,CrB等多种增强相,而NiCoCrAl Y涂层组织主要为固溶多种元素的Ni基过饱和固溶体。
NiCoCrAl Y涂层组织以固溶强化和细晶强化为主,NiCrBSi涂层组织以第二相强化为主。
虽然NiCoCrAl Y粉比NiCrBSi粉的激光吸收率高,可以得到较厚的涂层,但是含有多种硬质增强相的NiCrBSi涂层硬度高于NiCoCrAl Y涂层。
关键词:激光熔覆;涂层;NiCrBSi;NiCoCrAl Y;钛合金中图分类号:TB333 文献标识码:A 文章编号:100124381(2005)1220045203Abstract:U sing a CO2laser,a process of cladding Ni2base alloy coatings on Ti26Al24V wit h pre2 placed NiCrBSi and NiCoCrAl Y powders was st udied1The coatings were examined using XRD, SEM and EDS1The quality of two Ni2base coatings wit h different powders was compared1NiCrBSi coating was compo sed ofγ2Ni mat rix and CrB,Ni3B,TiB2and TiC reinforcement s1NiCoCrAl Y coating mainly consisted of Ni2base supersat urated solid solution1NiCoCrAl Y coating was st rengt h2 ened wit h solution strengt hening and grain refinement1NiCrBSi coating was mainly st rengt hened wit h several reinforcement s1Alt hough laser absorptivity of NiCoCrAl Y powder was higher t han t hat of NiCrBSi powder and t hick NiCoCrAl Y coating can be obtained,hardness of NiCrBSi coating containing several reinforcement s was higher t han t hat of NiCoCrAl Y coating1K ey w ords:laser cladding;coating;NiCrBSi;NiCoCrAl Y;titanium alloy 钛合金虽已在航空和航天部门广泛使用,但由于摩擦系数大、耐磨性差,其工程应用范围仍受到限制。
激光熔覆Co基自熔性粉末讲解
金相组织
图ห้องสมุดไป่ตู้ Co基合金金相组织
裂纹检测
图2 未掺杂的高硬度Co基熔覆层
图3 掺杂Y2O3的高硬度Co基熔覆层
小 结
1、Co基自熔性粉末良好的高温性能和耐蚀、耐磨性能，应
用于石化、电力、冶金等工业领域的耐磨耐蚀耐高温等场合；
2、粉末含有Ni、C、Cr 、W和 Fe 等元素，富铬碳化
物是提高硬度的主要因素；
成分：
Co 基合金所用的合金元素主要是Ni、C、Cr 、W和 Fe 等，B和
Si形成自熔合金 合金元素作用：
1、Ni 元素可以降低 Co 基合金熔覆层的热膨胀系数，减小合金的
熔化温度区间，有效防止熔覆层产生裂纹，提高熔覆合金对基体的润 湿性。
2、Co与Cr生成稳定的固溶体, 在此基础上弥散分布着各种碳化物
和硼化物（硬度在2000HV以上）, 导致合金具有更高的耐磨损、耐腐 蚀和抗氧化的能力
Co基（司太立）合金
表1 合金牌号对应的化学成分
Co基 Stellite 3 Stellite 4 Stellite 6 Stellite 7 Stellite 12 Stellite 20 Stellite 21 Stellite 31 硬 度 55 47 41 33 49 57 33 33 C 2.4 1.0 1.0 0.4 1.8 2.5 0.2 0.5 化学成分（wt.%） Cr Mo Fe W Ni 30 33 28 26 29 33 27 26 6 7 1 13 14 5 6 8 18 2 10 Co 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 余 量 典型用途 泵的轴套、旋转密封环、耐磨衬 垫、轴承套、阀芯球 热冲压模、热挤压模、电池模、 锯齿 蒸汽和化工阀座 蒸汽涡轮机叶片、挤压模 热冲压模、热挤压模等 泵的轴套、旋转密封环、耐磨衬 垫、轴承套 蒸汽涡轮机叶片、挤压模 蒸汽涡轮机叶片、挤压模
激光熔覆粉末选用讲解PPT学习教案
Ni元素可以提高粉末的润湿性
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激光熔覆粉末选用原则
五、 应具有良好的熔覆工艺性，如良好的造渣、除气、隔气 性能;
1、自熔性合金粉末应用广泛，含有B、Si，具有脱氧除气、 造渣等功能 2、其脱氧产物应形成比重小、熔点低的熔渣覆盖在液态 金属表面，对表面起保护作用，以防止产生夹渣、气孔、 氧化等缺陷
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激光熔覆粉末选用原则
三、粉末材料的热膨胀系数、导热性应尽可能地与工件材料 相接近，以减少熔覆层中的残余应力;
(a)
(b)
(c)
图2 膨胀系数与变形的关系
(a)：热膨胀系数接近 (b)：熔覆层膨胀系数大 (c)：基体膨胀系数大
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激光熔覆粉末选用原则
四、具有良好的润湿性，润湿性与表面张力有关，表面张力 越小，润湿角越小，液态流动性越好，易于得到平整光滑的 熔覆层;
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激光熔覆粉末选用原则
六、 合金粉末的熔点不宜太高也不宜过低。 1、粉末熔点低，液态流动性愈好，愈易控制熔覆层的稀 释率，对获得平整光滑、质量好的熔覆层有利。 2、但粉末熔点太低，易使熔覆层过烧;
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小结
激光熔覆粉末选用原则： 1、根据应用场合选择粉末体系 2、根据所需流动性选择不同形状、粗细粉末 3、粉末与基体热膨胀系数尽可能接近 4、粉末需一定的润湿性 5、粉末具有较好的熔覆工艺 6、粉末熔点适中
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作业思考题
1、激光熔覆合金粉末的选用要遵循哪些原则？ 2、进行纳米粉末的激光熔覆时，是否可以采用同轴送粉？ 为什么？
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激光熔覆粉末选用讲解
会计学
1
激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层组织与高温磨损性能_百度文库讲解
激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层组织与高温磨损性能汪新衡，匡建新，黄开有，陈丰峰(湖南工学院机械工程系，湖南衡阳 421002摘要：在21-4-N耐热钢表面进行添加WC颗粒的镍基自熔粉末激光熔覆处理，得到了Ni基WC合金涂层。
对熔覆层进行了显微组织观察和分析以及不同温度下的高温干摩擦磨损试验。
结果表明，Ni21+20%WC+0.5%CeO2熔覆层组织细小，高温干摩擦磨损性能最好。
关键词：激光熔覆；镍基金属陶瓷涂层；高温干摩擦磨损Microstructure and Abrasive-wear Behavior Under High Temperature of Laser Clad Ni-based WC Ceramic CoatingWANG Xin-heng ,KUANG Jian-xin , HUANG Kai-you，CHEN Feng-feng（ Dept.of Mechanical Engineening,Hunan institute of Technology, Hengyang Hunan 421002,ChinaAbstract:The laser cladding which self-fused Ni-based ceramic powder of WC composite is used on the surface of 21-4-N heat-resisting steel, Ni-based WC coating can be formed. Observing and analying the microstructure of cross section, Checking the abrsrssive-wear under high temperature of cross section in different temperature. The results showed that the microstructure of Ni21+20%Wc+0.5%CeO2 cladding layer is small and it presents the best abrasive-wear behavior under high temperature in these investigated coatings. Keywords:laser cladding ; Ni-based Metal-ceramics layers; abrasive-wear under high temperature激光熔覆技术具有涂层与基体结合牢固、涂层稀释率低、工件变形小等特点。
激光熔覆粉末分类讲解
作业思考题
1、激光熔覆合金粉末包括哪几种？
2、阀门激光熔覆时，采用Ni60+10%WC粉末，根据分类，
属于哪种粉末类型？
不适宜含S较高的钢材，因为钢中S的存在会在交界面处形成一种低熔 点的脆性物质，容易使熔覆层脱落。 3、分类 Fe基合金、Ni基合金、Co基合金
陶瓷粉末
特点： 陶瓷粉末具有优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性，所以它 常被用于制备高温耐磨耐蚀涂层。 分类：
硅化物陶瓷粉末
氧化物陶瓷粉末（Al2O3和 ZrO2） 缺点： 与基体金属的热膨胀系数、弹性模量及导热系数等差别较大，熔 覆层易出现裂纹和孔洞等缺陷，在使用中将出现变形开裂、剥落损坏 等现象
激光熔覆粉末分类
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光熔覆粉末分类
教学目标 通过本次课程的学习，掌握激光熔覆粉末分类及不同 粉末类型的特点
激光熔覆粉末分类
自熔性合金粉末
粉 末 分 类
陶瓷粉末
复合粉末
其他金属体系
自熔性合金粉末
特点及分类： 1、含有B、Si 作用：脱氧、造渣 2、基材适应性
可广泛应用于包括各类碳钢、合金钢、不锈钢和铸铁类材质，但
复合粉末
复合粉末主要是指高熔点硬质陶瓷材料与金属混合或复合而形成 的粉末体系。 特点： 金属的强韧性、良好的工艺性与陶瓷材料优异耐磨、耐蚀、耐高
温和抗氧化特性有机结合
复合粉末体系： 1、碳化物合金粉末(如 WC、SiC、TiC、B4C、Cr3C2等) 2、氧化物合金粉末(如 Al2O3、Zr2O3、TiO2等) 3、氮化物合金粉末(TiN、Si3N4等) 4、硼化物合金粉末 5、硅化物合金粉末
及其他金属合金粉末 2、自熔性粉末含有B、Si，具有脱氧造渣功能，基体应用 性强，常用的由Fe基、Ni基、Co基合金粉末 3、陶瓷粉末具有耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化等优点、但
激光熔覆金属粉末的形貌分析与成形机理研究
激光熔覆金属粉末的形貌分析与成形机理研究激光熔覆是一种现代化的制造技术，它能够利用激光的高温、高能量来加热金属粉末并将其熔化，形成金属颗粒块。
这种制造技术被广泛应用于航空、航天、汽车、医疗和电子等领域，因为它可以制造出具有高性能和高精度的零部件。
但是，激光熔覆金属粉末的成形机理和形貌分析仍然是一个极具挑战性的研究领域。
首先，让我们来了解一下激光熔覆的基本原理。
这种金属制造技术是利用激光束来加热金属粉末。
激光束的能量可以通过闪烁镜和扫描镜进行调节和控制，以便在不同的位置和角度上加热金属粉末。
当激光束照射到金属粉末上时，粉末会瞬间熔化，并形成一个小球状的液态金属粒子。
这个液态粒子也被称为“母滴”，它会在瞬间沉积到基板上。
接下来，我们需要对激光熔覆后形成的金属粒子形貌进行分析。
首先，我们需要了解金属粒子的尺寸和形状对零部件制造的影响。
研究发现，金属粒子的尺寸和形状对零部件的性能和精度有重要的影响。
例如，当金属粒子的尺寸过大或过小时，它们会导致零部件的强度和耐磨性降低。
同时，金属粒子的形状也会影响零部件的表面光滑度和几何形状，进而对零部件的精度和性能产生影响。
其次，我们需要研究激光熔覆金属粉末的成形机理。
这是因为激光熔覆金属粉末的成形机理涉及到多个方面，从而对制造过程和成形质量产生影响。
其中，主要包括以下几个方面：1、激光束能量密度的影响。
能量密度决定了金属粉末的熔化和沉积过程。
当能量密度过大时，会导致熔化过程快速而不均匀，从而形成不良的母滴和母线；当能量密度过小时，则会导致熔化过程缓慢而不充分，影响母滴沉积质量。
2、金属粉末熔化过程的影响。
熔化过程是形成液态金属粒子的基础，直接决定了母滴和母线的形成。
在熔化过程中，液态金属粒子也可能会发生激光所激发的蒸气冲击波、液态金属的涡流和液态金属的表面张力等现象。
3、母滴沉积过程的影响。
母滴的沉积过程决定了母线的形成和零部件的质量。
好的沉积过程可以形成均匀的母线和平滑的零部件表面。
CO2激光器激光熔覆304不锈钢Ni基合金粉末俞斌杰讲解
CO2激光器激光熔覆304不锈钢Ni基合金粉末院系：__ ___ 材料系___ _专业：_ 光机电一体化_班级：_ 机电1206 班 ___姓名：俞斌杰___ __学号：__ 1210201608 _二O 一四年六月六日1 试验材料、设备及方法1.1.1 试验材料基体：304不锈钢粉末：镍基粉末1.1.2 试验设备激光熔覆设备：CO2 激光器金相检测设备：LEICADM2500 显微镜硬度测试设备：上海凤柏401MVA 显微硬度计1.1.3 试验方法1) 调整激光器焦距，将光斑直径调整到 2.5mm；2) 将不锈钢基体表面均匀铺上铁粉，采用40%的搭接率，500mm/min 的扫描速度，对其分别进行 1.2kW、1.5kW、1.8kW、2.1kW、2.4kW 熔覆试验。
具体工艺参数如表 1 所示。
3) 采用OM 观察手段，对激光熔覆涂层的组织形貌。
4) 研究送粉量、激光功率、扫描速度等与稀释率与基体冶金结合情况等之间的内在联系，以获得高表面质量的涂层。
1.2 试样的磨制用CO2 激光器在304 不锈钢上熔覆好上述粉末后。
用线切割将试样切成10mm× 10mm× 10mm 的试样，用去离子水清洗、烘干。
将熔覆后的这九个试件放入标记好的烧杯中，倒入95%乙醇溶液，将烧杯置于超声清洗器中振荡清洗试件。
振荡清洗30min 后用镊子取出，烘干。
因为要分析熔覆层表面、过渡层和基体的显微组织形貌和显微硬度，所以需要打磨试样熔覆横纹的侧面。
首先用目数为200 砂纸进行粗磨。
将表面的氧化膜磨去，同时磨平后，用目数为400 的砂纸打磨，重复之前的操作，再分别使用目数为600、800、1000、1500、2000 的砂纸将其上的划痕磨去，最后只剩下2000目砂纸的同一个方向的痕迹。
将试件用清水冲洗后涂抹上抛光膏，用金相试样抛光机进行抛光处理，以达到没有划痕，即镜面的效果。
1.3 试样的腐蚀所要用到的药品及仪器：固体氯化铁、盐酸、去离子水、电子天平、称量纸、待腐蚀液配制完成，取一个培养皿，同时取适量脱脂棉铺于培养皿内，用滴定管吸取适量腐蚀液于培养皿内。
铸铁CrMo表面激光熔覆Ni基高温合金粉末的磨损特性
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ａ ｅ ｌｄ ｉｇ ｌｙ ｒ ； － ａｅ ｈ ｇ ｕ ｅ － ｌｙ ｗｅ ｙ ｒ ｓ ｌ ｒｃａ ｄ ｎ ａ ｅ Ｎｉｂ ｉｈ ｓ ｐ ｒａ ｏ ａ ｓ ｓ ｓ ｌ ｒ
激 光表 面熔覆技术是利用高能密度激光束所产生 的局部 高温使 高性能材料粉末在基体上快速熔凝 ，并 与基材相互熔合形成与基体 的成分及性能不 同的熔覆 层 。激光熔覆几乎不改变熔覆层材料的性 能 ，这样熔 覆后既可 以利用熔覆层材料的耐磨 、耐腐蚀或 耐高温 的特性 ，又可 以利用基体材 料的力学性能 ，达到节省 贵重金属又提高材料 表面性 能 的 目的” 。 目前激光 熔覆的材料 主要是镍 基 和钴基 合 金。Ｎ 基高 温合 金 ｉ 粉末是用粉末 冶金工艺制取 的高温合金 ，粉末颗粒细 小 。冷却速度快 。从而成份均匀 ，主要用于航空发动 机盘件 、环形件 等高 温转动 部件 。Ｃ Ｍ ｒ ｏ铸铁 被用来 制造航空发动机 中的垫圈 ，它与轴产生高速摩擦同时 在油液 中又受到化学腐蚀 ，经过一段时间后与轴接触 端面产生严重磨损 ，造成油缸油的泄漏 。为提 高其表 面耐磨性和耐腐蚀 性 ，应 用激光熔覆技术 ，在零件表 面熔覆镍 基高温合 金粉末 ，研究激光熔覆参数对熔覆 层组织结构和性 能影 响 ，同时采用数学方法分析摩擦
张 云 凤
（ ．东北 大学机械工程与 自动化学院 １
闫 玉 涛 孙 志 礼
辽宁沈阳 １０ ６ ） １８ １
辽宁沈 阳 １００ ；２ ０ １ ．沈 阳建筑大学交通与机械工程学院 １
摘 要 ：采 用激 光 熔覆 技 术 在铸 铁 ＣＭ ｒ ｏ表 面制 备 了 Ｎ 基 高温 合 金 熔 覆 层 ，采 用 Ｓ Ｍ 和晶 相 仪 分 析 了激 光 熔 覆 层 的 ｉ Ｅ 晶相 组 织 。采 用 回归正 交 试验 方 法 ，研 究 了基 体 和熔 覆 层 在不 同载 荷 和速 度 下 的磨 损特 性 。 结果 表 明 ，熔 覆 层与 基 体 形 成 良好 的 冶 金结 合 ，熔 覆 层 组 织 致 密 ， 主要 由 树 枝 晶 和 共 晶 构 成 ，熔 覆 层 和 基 体 材 料 的 磨 损 机 制 为 磨 粒 磨 损 ；铸 铁 ＣＭ 表 面 激 光熔 覆 Ｎ 基 高 温合 金粉 末 可 以 提高 表 面 的耐 磨性 能 。 ｒｏ ｉ 关 键词 ：激 光熔 覆层 ；Ｎ 基 高 温合 金 ；磨损 ｉ
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Ni 55 洛氏硬度值HRC
赫格纳斯1560粉末熔覆层金相
低倍
高倍
图1 熔覆层金相
1560粉末熔覆层XRD
小 结
1、Ni基自熔性粉末良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作
用，应用于耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件
2、粉末含有Ni、Cr、Si、B、Fe、C等元素，根据熔覆
层性能选择合金元素的种类及含量
激光熔覆Ni基自熔性合金粉末
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光熔覆Ni基自熔性粉末
教学目标 通过本次课程的学习，掌握激光熔覆Ni基自熔性合金 粉末特点及应用场合
Ni基自熔性合金粉末特点及应用
特点： 良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用；
价格适中
应用最广 应用：
适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件
3、粉末的表达：Ni+两位阿拉伯数字，两位数字表示洛氏 硬度值。
作业思考题
Байду номын сангаас
1、Ni基自熔性合金粉末有哪些性能特点？
2、Ni55粉末激光熔覆后，熔覆层的硬度大约为多少？
Ni基自熔性粉末成分
Ni基自熔性粉末成分：
Ni、Cr、Si、B、Fe、C等
合金化原理
1、 Fe、Cr、Co、Mo、W 等元素进行奥氏体固溶强化 2、 Al、Ti等元素进行金属间化合物沉淀强化 3、 B、Zr、Co 等元素实现晶界强化
元素添加量则依据合金成形性能和激光熔覆工艺进行确定。
表1 合金牌号对应的化学成分