钛合金表面激光熔覆钴基合金涂层的组织
飞机襟翼滑轨用钛合金表面激光熔注WCTC4复合涂层微观组织分析
飞机襟翼滑轨用钛合金表面激光熔注WCTC4复合涂层微观组织分析0 前言襟翼是现代机翼边缘部分的一种翼面形可动装置，是飞机上重要的增升机构。
襟翼滑轨机构主要由滑轨、滚轮以及起支撑作用的加强肋板等组件构成。
其中滚轮和滑轨构成的运动副是襟翼机构的薄弱环节，受环境和各种应力的作用，会发生腐蚀、损伤及疲劳破坏[1-5]。
通过表面改性技术来提高其抗疲劳、耐磨损和抗应力腐蚀开裂等使用性能，是当前国内外研究的热点之一[6-11]。
与其他表面改性技术相比，激光熔注(Laser melt injection, LMI)技术的熔注层和基体的化学成分呈平缓梯度过渡，无层间开裂问题；熔凝速度快，可以获得一些在平衡态所无法得到的组织和物相，有利于襟翼滑轨失效表面抗裂耐磨仿生结构层制备。
国内外学者在不同金属基体表面激光熔注制备金属基复合材料层，使得金属表面抗裂和耐磨损性能得到了明显的改善[12-13]。
刘德健，李福泉等人[14-15]采用激光熔注(LMI)技术在Q235钢表面制备WC颗粒增强的金属基复合材料(MMC)层，分别研究了激光熔注层的微观组织结构和耐磨性能，发现WC颗粒的注入位置是决定反应层尺寸的重要因素；LMI能明显改善基体的耐磨性。
陈彦宾等人[16]采用激光熔注(LMI)技术制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料(MMC)层，结果表明WC 颗粒在复合材料层中的分布与其初始速度、穿越熔池表面最小临界速度以及熔池粘度有关。
J.A. Vreeling等人[17]采用LMI技术将80 μm的WC颗粒嵌入Ti-6Al-4V合金中，发现WC颗粒均匀分布，并且颗粒在熔池的整个深度和整个宽度上注入，耐磨性明显增加。
目前LMI技术主要应用于铝钛合金及钢材，但针对特殊服役条件下的飞机襟翼滑轨表面改性的研究少有报道。
为了深入研究飞机襟翼滑轨WC/TC4熔注层耐磨机理，文中采用LMI技术在TC4表面制备了金属基复合材料层。
对激光熔注层的宏观特性、微观组织及相组成进行了深入分析，进一步研究增强颗粒在熔池中的分布与变化规律。
钛合金表面激光熔覆涂层的耐磨性能
钛合金表面激光熔覆涂层的耐磨性能杨胜群;孟庆武;耿林;吴林;李爱滨【摘要】为了提高钛合金的表面耐磨性能,采用MXP-2000型销盘式摩擦磨损实验机,以镍包石墨粉末为原材料,利用CO2激光器在TC4合金表面上熔覆耐磨涂层,进行钛合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损实验,并用扫描电镜对磨损表面进行观察和分析.实验结果表明,激光熔覆涂层的摩擦系数为0.56,与钛合金的摩擦系数基本相同,但激光熔覆涂层的磨损失重量比钛合金低接近一个数量级,说明激光熔覆涂层可以大大提高钛合金的表面耐磨性能.TC4合金的磨损机制以粘着磨损为主,激光熔覆涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,涂层的高硬度加上涂层里的TiC增强相是其耐磨性高的主要原因.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2007(031)005【总页数】3页(P473-475)【关键词】材料;耐磨性能;激光熔覆涂层;镍包石墨【作者】杨胜群;孟庆武;耿林;吴林;李爱滨【作者单位】哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;大庆石油学院,大庆,163318;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TG665引言钛合金具有很高的比强度、很强的耐腐蚀性、优良的高温和低温性能，是航空和航天工业广泛使用的高性能材料。
但钛合金的摩擦系数大、耐磨性差[1]，极大地限制了其在工程上的应用范围。
多年来，材料工作者对提高钛合金耐磨性的表面涂层技术进行了广泛研究，如电镀[2]、热喷涂[3]、激光淬火[4,5]等。
激光熔覆技术是表面涂层技术的一种，其利用高能激光束将粉末原材料熔凝到金属表面上，得到不同于母材的增强涂层[6]。
用激光在钛合金表面熔覆一层增强涂层，能够显著提高其耐磨性能。
镍包石墨是一种以石墨为核心，表面包裹金属镍的双组份粉末材料[7]。
《42CrMo钢激光熔覆WC颗粒增强钴基合金梯度涂层的研究》范文
《42CrMo钢激光熔覆WC颗粒增强钴基合金梯度涂层的研究》篇一一、引言随着现代工业的飞速发展，对于金属材料表面性能的要求越来越高。
42CrMo钢作为一种常用的工程结构材料，其表面性能的改善和增强成为了研究的重要方向。
激光熔覆技术作为一种高效的表面强化手段，能够在金属表面形成高质量的熔覆层，提高材料的耐磨、耐腐蚀等性能。
本文以42CrMo钢为基体，通过激光熔覆技术在其表面制备WC颗粒增强钴基合金梯度涂层，旨在提高其表面性能。
二、实验材料与方法1. 材料选择实验选用42CrMo钢作为基体材料，选用钴基合金粉末作为熔覆层的主要成分，同时加入WC颗粒以增强涂层的硬度和耐磨性。
2. 实验方法采用激光熔覆技术，在42CrMo钢表面制备WC颗粒增强钴基合金梯度涂层。
首先，对基体进行预处理，包括除锈、打磨等；然后，将钴基合金粉末与WC颗粒混合，制备成熔覆粉末；最后，采用激光器进行熔覆实验，形成梯度涂层。
三、实验结果与分析1. 涂层形貌观察通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层的形貌，发现涂层与基体结合紧密，无明显的裂纹和气孔。
涂层呈现出明显的梯度结构，从基体到表层，组织结构逐渐发生变化。
2. 涂层成分分析采用能谱分析（EDS）对涂层的成分进行分析，发现WC颗粒在涂层中分布均匀，与钴基合金形成了良好的冶金结合。
涂层中钴、铬、钼等元素的含量逐渐变化，形成了梯度分布。
3. 涂层性能测试对涂层进行硬度、耐磨性等性能测试，发现涂层的硬度较基体有了显著提高，耐磨性也得到了明显改善。
这主要得益于WC 颗粒的加入以及涂层梯度结构的形成。
四、讨论1. WC颗粒的作用WC颗粒的加入可以显著提高涂层的硬度和耐磨性。
WC具有高硬度、高耐磨性等特点，能够有效地提高涂层的力学性能。
同时，WC颗粒与钴基合金之间的相互作用，形成了硬质相和软质相的复合结构，有利于提高涂层的韧性和抗冲击性能。
2. 梯度结构的影响涂层梯度结构的形成有利于提高涂层的综合性能。
钛合金表面缺陷的激光熔覆修复
表2 模拟裂纹氩弧焊修复拉伸试验结果 抗拉强度/MPa 820 995 940 屈服强度/MPa — 937 — 延伸率/% — 2 —
复过程中过大的热输入对焊缝造成基体吸氢吸氧而变 脆， 使氩弧堆焊修复后抗拉强度、 屈服强度和延伸率均 低于激光修复。 2.3 疲劳试验 疲劳试验采用 MTS810 电液伺服疲劳试验机进行。 R =0.1， f =25Hz。试验结 试验条件为应力水平 650MPa， 果如表 3 所示。
1 试验过程及方法
1.1 试验材料 试验选取了生产中常用的 TA15 钛合金材料， 其名
116 航空制造技术·2011 年第 16 期
TEST AND MECHANISM ANALYSIS
测试与机理分析
（a） 低倍形貌 （b） 结合界面
100μm
5μm
[ 摘要 ] 采用激光熔覆方法对钛合金试样表面缺 陷进行修复， 对修复结果进行反复测试， 并与氩弧焊修 复进行对比试验。试验结果表明， 激光熔覆可实现对钛 合金表面缺陷的有效修复， 且各方面性能远高于氩弧焊 修复。 关键词：修复 激光熔覆 钛合金表面缺陷 氩弧 焊 [ABSTRACT] Repairing for titanium alloy surface defect with laser cladding method is researched. A number of tests on the coat and the titanium alloy material are carried out. The comparative experiment on the laser cladding method and the argon arc welding is performed. The results prove that the laser cladding method can repair the titanium alloy surface defect well, and the laser cladding coat performances are better than the argon arc welding. Keywords: Repairing Laser cladding Titanium alloy surface defect Argon arc welding 钛合金具有比强度大， 比重量轻、 耐高温以及焊接 性能良好等优点， 广泛的应用于航天、 航空等领域 [1-4]。 实际生产过程中， 刮碰、 操作失误等原因造成钛合金零 件产生凹痕、 裂纹、 尺寸超差等质量问题。因为表面缺 陷导致零件的报废， 将造成巨大的经济损失； 制造新的 零件， 又会延长生产周期， 甚至影响飞机的按期交付。 采取适当的方法对零件的表面缺陷进行修复， 不仅可以 有效地解决这类问题， 而且具有很好的经济效益和社会 效益。 与传统修复方法相比， 激光熔覆技术有以下优点 [5] ： 激光束的能量密度高， 作用区域集中， 除作用区域外， 材 料其他部分不受热作用； 激光加工的加热和冷却速度 快， 材料的组织和性能不受破坏， 所形成修复层的表面 组织和性能均优于其他传统方法形成的； 激光加工的表 面没有机械作用， 使得加工速度快， 效率高。因此， 采用 激光熔覆技术能够很好地修复钛合金的表面缺陷。
钛合金激光熔覆的几种熔覆体系
关于钛合金表面激光熔覆熔覆体系的总结概况钛合金表面激光熔覆材料主要包括：自熔性合金材料、复合材料、陶瓷材料。
其中，自熔性合金材料主要有铁基合金、镍基合金、钴基合金三大系列。
其主要特点是含有强烈脱氧和自熔作用的硼元素和硅元素。
这类合金在激光熔覆时，硼和硅被氧化生成氧化物，在熔覆层表面形成薄膜。
这种薄膜既能防止合金中的元素被过度氧化，又能与这些元素的氧化物形成硼硅酸盐熔渣，从而减少熔覆层中的夹杂物和含氧量，易获得氧化物含量低、气孔率少的激光熔覆层。
硼和硅还能降低合金的熔点，改善熔体对基体金属的润湿能力，对合金的流动性及表面张力产生有利的影响。
自熔合金的硬度随合金中硼、硅含量的增加而提高。
这是由于硼、硅元素与合金中的镍、铬等元素形成硬度极高的硼化物和碳化物的数量增加所致。
1.镍基合金粉末镍基合金粉末具有良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用，主要适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件，所需的激光功率密度要比熔覆铁基合金的略高。
镍基合金的合金化原理是运用Fe、Cr、Co、Mo、W等元素进行奥氏体固溶强化，运用Al、Ti等元素进行金属间化合物沉淀强化,运用B、Zr、Co等元素实现晶界强化。
镍基自熔性合金粉末中各元素的挑选正是基于以上原则来选择的，而合金元素添加量则依据合金成形性能和激光熔覆工艺来确定。
目前，镍基自熔性合金主要有Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si两种，前者硬度低，韧性好，易于加工；后者是在Ni-B-Si合金基础上加入适当的Cr而形成的。
Cr能溶于Ni中形成镍铬固溶体而增加熔覆层强度，提高熔覆层的抗氧化性和耐蚀性。
Cr还能与B和C形成硼化物和碳化物，提高熔覆层的硬度和耐磨性。
增加Ni-Cr-B-Si合金中的C、B和Si 含量，可使熔覆层硬度从25HRC提高到60HRC左右，但熔覆层的韧性相应却有所下降。
这类合金中实际应用较多的是Ni60和Ni45。
另外，通过增加其成分中Ni的含量，可使裂纹率明显下降。
H13模具钢表面激光熔覆Co基合金涂层的组织和性能
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钱 星 月 童 和 强 张 丹 莉 程 虎
（ 台州学 院 机 械工 程学 院 ， 江 台州 ３ ８ ０ ） 浙 １０ ０
摘 要 采 用 Ｃ ， 续 激 光 器 在 Ｈ ３模 具 钢 表 面 制 备 ｃ 基 合 金 涂 层 。利 用 扫 描 电镜 （ Ｅ 、 Ｏ连 １ ｏ Ｓ Ｍ） 能谱 分 析 仪 （ Ｄ ） ＥＳ、
第 ５期
钱 星 月 等 ： ３模 具 钢 表 面 激 光 熔 覆 ｃ 基 合 金 涂 层 的组 织 和性 能 Ｈ１ ｏ
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激光熔覆Mo_2C-Co基合金的工艺参数对其组织的影响
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钛合金表面激光熔覆TiN Ni基合金复合涂层的组织和磨损性能
第ｌ期 １月
稀有金属材料与工程
ＲＡＲＥ ＭＥＴＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
、，ｂｌ－３６．Ｎｏ．１
Ｊａｎｍ叮２００７
钛合金表面激光熔覆ＴｉＮ．Ｎｉ基合金 复合涂层的组织和磨损性能
孙荣禄１，一，牛伟１，王成扬２
（１．天津工业大学，天津３００１６０） （２．天津大学，天津３０００７２）
３．１ ３Ａｌ，２．３３Ｖ，２８．２５Ｎｊ，２．９４Ｃｒ，０．５２Ｓｉ，６．７２Ｆｅ。
第ｌ期
孙荣禄等：钛合金表面激光熔覆ＴｉＮ—Ｎｉ基合金复合涂层的组织和磨损性能
·９·
由此可见，稀释区为基底Ｔｃ４合金和熔覆材料 ＮｉＣｒＢｓｉ合金的混合凝固区。稀释区的存在使熔覆层 与基底之间形成了一个成分介于二者之间的过渡区 域，这对于降低熔覆层中的热应力，防止熔覆层开裂 是十分有益的。
自２０世纪７０年代中叶大功率激光器投入工业使 用以来，激光表面改性技术得到了迅速发展，尤其是 激光熔覆陶瓷涂层将金属材料的强韧性与陶瓷材料的 高硬度、高化学稳定性有机地结合在一起，能够显著 提高机械零件的耐磨［卜６１、耐蚀‘７Ｊ和抗氧化［８Ｊ性能。如 Ｍｏｌｉａｎ等［４】在Ｔｉ一６Ａ１．４Ｖ合金表面激光熔覆ＢＮ和 ＢＮ．ＮｉＣｒＣｏＡｌＹ涂层，熔覆层的硬度在８００ ＭＰａ￣１ ２０００ ＭＰａ之间，磨损率比时效硬化和激光熔凝的钛合 金降低１～２数量级。Ａｙｅｒｓ【５】考察了钛合金表面激光熔 覆ＴｉＣ和ｗＣ涂层的磨损行为，结果表明熔覆层的耐 磨性能与碳化物颗粒的类型、尺寸和加入量密切相关。 对ＴＣ４合金表面激光熔覆ＮｉＣｒＢＳｉ合金涂层的研究结 果表明，在激光熔覆过程中由于基底材料和熔覆材料 的相互作用使熔覆层中原位合成了ＴｉＣ和ＴｉＢ２颗粒， 但ＴｉＣ和ＴｉＢ２颗粒的体积分数较低，为了进一步增加 熔覆层中增强颗粒的体积分数，本研究采用“外加法” 制备３３％（体积分数）ＴｉＮ—Ｎｉ基复合涂层，研究了涂层