激光熔覆层化学成分分析工艺实践.
耐磨耐蚀Fe_基激光熔覆层的组织和性能研究
精 密 成 形 工 程第16卷 第5期 62JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年5月收稿日期：2024-02-28 Received ：2024-02-28基金项目：国家电网有限公司总部管理科技项目（5500-202216123A-1-1-ZN ）Fund ：Science and Technology Foundation of State Grid Corporation of China (5500-202216123A-1-1-ZN)引文格式：杜宝帅, 闫芝成, 杨岳清, 等. 耐磨耐蚀Fe 基激光熔覆层的组织和性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 62-68. DU Baoshuai, YAN Zhicheng, YANG Yueqing, et al. Microstructure and Properties of Wear and Corrosion Resistant Fe-based Laser Cladding Layer[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 62-68. 耐磨耐蚀Fe 基激光熔覆层的组织和性能研究杜宝帅*，闫芝成，杨岳清，舒圣程，姜波，樊志彬（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250002）摘要：目的 采用同步送粉激光熔覆技术制备兼具耐磨与耐蚀性能的Fe 基熔覆层，获取熔覆层的物相组织、硬度与耐蚀性，并研究热处理对熔覆层性能的影响。
方法 采用Fe-B-C-Cr-Ni-Mo-Nb-V 多组元合金粉末，在304不锈钢基体上制备Fe 基耐磨耐蚀熔覆层，并模拟淬火加高温回火的热处理工艺，进行熔覆层热处理试验。
采用XRD 、SEM 表征熔覆层的物相组成和微观组织，采用显微硬度计测试熔覆层的硬度，通过极化曲线和阻抗谱对熔覆层的电化学腐蚀性能进行测试。
金属激光熔覆材料制备工艺及表征
金属激光熔覆材料制备工艺及表征一、概述金属激光熔覆技术是一种旨在制备金属材料表面涂层或进行修复加工的重要技术，该技术以激光束熔化金属粉末形成薄膜或涂层，其成本低、生产效率高、精度高且成品质量好。
本文将阐述金属激光熔覆材料制备工艺及表征方法，旨在提供一些有益的参考。
二、金属激光熔覆技术1. 概念和特点金属激光熔覆技术是一种原理上与金属激光熔融技术相似的技术，但在实际应用中，二者不同。
金属激光熔融技术主要用于制备具有高质量、无缺陷的金属单晶，而金属激光熔覆技术主要是将熔融金属涂覆在其它金属或非金属基材上，形成高质量的表面涂层。
金属激光熔覆技术有如下特点：（1）高温熔融（达到金属的熔点以上），材料熔化后形成一层均匀凝固的涂层，强度高耐磨损。
（2）对基材的影响小，加工量小，不会产生变形和损伤。
（3）单次加工涂层宽度很小（一般在0.1mm以下），可以制备复杂形状涂层。
（4）生产效率高，可以批量生产。
2. 工艺步骤金属激光熔覆技术的工艺步骤主要包括：材料预处理、粉末喷射、激光成形、涂层性能表征等。
（1）材料预处理该步骤主要包括对粉末的清理和筛选，保证粉末的纯度和粒度分布。
（2）粉末喷射粉末喷射机喷射的粉末在激光束的照射下瞬间熔化，附着于基材上，并形成涂层。
（3）激光成形激光成形技术主要是将激光束精确对准喷射头，以高能量密度，瞬间加热粉末，实现涂层的精确成形。
一般来说，激光束照射区域温度会达到2-3倍的金属熔点，可以使粉末熔化成蒸气，即激光蒸发，随着瞬时蒸发形成的气体爆炸，原本处于涂料表面的液态材料会被喷上空间，形成微小的颗粒，其尺寸小于2μm，形成成层的涂层。
涂层的品质与喷射头的稳定性和准确度一致。
（4）涂层性能表征涂层性能表征是对涂层质量的评价，常用的测试指标包括：涂层厚度、硬度、黏着力、抗磨损性、化学稳定性、耐腐蚀性等。
3. 应用场景金属激光熔覆技术在工业制造领域应用广泛，如航空、航天、汽车工业、电子、机械制造、建筑等。
激光熔覆Mo_Si难熔金属硅化物高温涂层的加工工艺_组织与性能
激光熔覆Mo-Si难熔金属硅化物高温涂层的加工工艺、组织与性能徐子文 阮中健北京航空航天大学材料科学与工程学院 北京100083摘 要 以Mo-Si合金粉末为原料,采用激光熔覆技术在奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti表面上制得了由初生MoSi2树枝晶、块状Fe MoSi初生相及枝晶间MoSi2/ 片层状共晶组织组成的难熔金属硅化物高温复合材料涂层。
通过优化激光熔覆加工工艺,发现并合理利用激光熔覆过程中的自预热效应和预置Mo、Si粉末在熔池前无激光辐射下的高温反应合成两种影响因素,首次实现了无裂纹Mo-Si难熔金属硅化物激光熔覆涂层的制备。
涂层组织均匀、致密,与基材间为完全冶金结合。
涂层具有很高的硬度和优异的高温抗氧化性能。
关键词 激光熔覆,涂层,MoSi2,金属硅化物,冶金结合Mo-Si系难熔金属硅化物(如MoSi2、Mo5Si3等),具有熔点高、密度低、比模量高、高温抗氧化性能及抗热腐蚀性能优异等突出特点,被誉为最有前途的高温、超高温结构候选材料之一[1~3]。
严重的室温脆性及中温氧化开裂(pesting)倾向等缺点,是目前Mo-Si系难熔金属硅化物在制备结构材料中的主要障碍。
然而,Mo-Si系难熔金属硅化物合金的上述独特性质及其极高的高温硬度、共价键与金属键共存的原子结合键性质[3],使得Mo-Si系难熔金属硅化物合金很可能成为一种同时具有优异高温耐磨性、抗氧化性及高温抗热腐蚀性能的新型多功能高温涂层候选材料。
在激光熔覆过程中使用的粉体,其粒度很小,比表面积大,在高温下极易发生氧化反应,尤其是高能激光会使粉末部分挥发,与空气接触发生气相反应。
粉末燃烧会在极短的时间内放出大量的热量,这些热量来不及散逸到周围的环境中去,致使该空间内气体受到加热并绝热膨胀,形成局部高压,以致产生微区爆炸,造成粉体的飞溅,这就是激光熔覆中出现的烧损现象。
通常采用惰性气体保护的方法来减少烧损。
但是,惰性气体保护并不能解决激光熔覆中粉末体系自身发生反应带来的烧损问题,粉末受高能激光照射迅速熔化甚至气化,发生剧烈的反应,同样造成粉体的飞溅。
激光熔覆技术工艺及案例分析
在很长一段时间内，传统的工业制造加工或者再修复，需要通过电镀技术，这一技术虽然曾一度在金属表面防护、装饰加工等方面发挥了很大的作用，但长期以来带来的污染问题让许多制造企业头疼不已，因此为减少污染，新的激光熔覆技术受到人们的欢迎。
激光表面熔覆具有能量密度高，熔覆质量致密，结合强度高，熔覆层组织的稀释率低、热影响区小等特点。
激光表面熔覆为非接触式加工且输入热量可控，采用的规范激光修复方法可以解决其它焊接方法造成焊接残余应力和开裂倾向。
因此可以先采用机械加工的方法去除牌坊表面的腐蚀层和磨损的疲劳层，然后选取耐腐蚀性和耐磨性都优于基材的粉末，采用激光熔覆的方法对牌坊进行修复，这样既避免了多次去除材料给牌坊造成的强度下降的缺陷，又避免了堆焊造成的因应力集中导致的变形问题，而且提高了牌坊的耐腐性和耐磨性。
激光熔覆技术是使用激光将金属粉末直接熔融，逐层沉积成型。
激光熔覆技术完成的熔覆涂层冶金质量高、稀释率低、变形小、表面光洁度高，属于先进环保的再制造加工技术，在工业再制造领域极大地减少企业的后续机加工成本，能有效延长产品使用周期，在钢铁行业轧机牌坊修复中大受欢迎。
现场激光修复案例分析1、修复加工方法因为轧机机架体积及重量大，附属管路等多，拆卸、安装、运输繁杂，另外有大修时间限制。
轧机牌坊材质是ZG25，设计使用寿命年限为40年，牌坊工作面腐蚀失效深度1~2.5mm。
通过现场勘察及使用工况的调研，综上因素，在考虑满足使用要求的前提下，确定针对轧机牌坊现场修复方法为：通过在线机械加工，去除牌坊失效工作面（四块衬板下面及两个轧机轴承座底面）表面腐蚀疲劳层，上半面腐蚀较轻，下半面较严重，平均铣去大约2或3mm的深度，为激光熔覆前基体表面处理做准备。
在通过机械加工去除材料，清除牌坊表面腐蚀层过程中，要保证恢复失效工作面（和安装面）的垂直度、平面度及粗糙度要求。
再通过激光熔覆技术将特殊耐腐蚀材料熔覆到前面加工的基体表面，彻底改变了牌坊表面的特性。
316L不锈钢表面激光熔覆Ni60合金涂层的工艺优化与性能研究
316L不锈钢表面激光熔覆Ni60合金涂层的工艺优化与性能研究目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (3)1.3 国内外研究现状及发展动态 (5)二、实验材料与方法 (6)2.1 实验材料 (7)2.2 实验设备 (8)2.3 实验方法 (9)三、激光熔覆Ni60合金涂层的组织结构与性能分析 (10)3.1 组织结构分析 (11)3.2 性能测试 (12)四、工艺优化与性能关系研究 (14)4.1 激光功率对涂层性能的影响 (15)4.2 熔覆速度对涂层性能的影响 (16)4.3 Ni60合金粉末粒度对涂层性能的影响 (16)4.4 焊接参数对涂层性能的影响 (18)五、最佳工艺参数确定与验证 (19)5.1 最佳激光熔覆工艺参数的确定 (20)5.2 最佳工艺参数下的涂层性能验证 (21)5.3 工艺优化后的经济性和环保性分析 (22)六、结论与展望 (23)6.1 研究成果总结 (24)6.2 存在问题与不足 (26)6.3 后续研究方向与应用前景展望 (27)一、内容描述本研究旨在通过优化激光熔覆工艺参数，实现316L不锈钢表面Ni60合金涂层的制备与性能提升。
我们首先对316L不锈钢进行预处理，以去除表面杂质和氧化层。
采用高功率YAG激光器对预处理后的不锈钢表面进行熔覆处理，同时将Ni60合金粉末均匀铺设在激光束扫描的区域。
在激光熔覆过程中，我们重点关注了激光功率、扫描速度、送粉速率等关键参数对涂层质量的影响。
通过调整这些参数，我们得到了具有不同微观结构和性能的Ni60合金涂层。
我们还对涂层的截面形貌、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能指标进行了系统测试。
通过对实验数据的分析，我们揭示了激光熔覆工艺参数对Ni60合金涂层性能的显著影响规律，并找到了优化涂层性能的方法。
本研究不仅为316L不锈钢表面Ni60合金涂层的制备提供了理论依据和实验指导，而且对于推动高性能材料在工业领域的应用具有重要意义。
激光熔覆案例研究报告
激光熔覆案例研究报告
激光熔覆是一种通过激光加热将覆盖材料熔化并喷涂到基材表面的技术。
它可以使基材表面得到增强，提高其耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性。
以下是一些激光熔覆案例研究报告：
1. 激光熔覆在航空航天领域的应用：研究对比了使用传统熔覆方法和激光熔覆方法对航空航天零件表面性能的影响。
结果显示，激光熔覆可以提供更高的硬度和耐磨性，从而延长零件的使用寿命。
2. 激光熔覆在汽车制造领域的应用：研究分析了激光熔覆不同材料对汽车零件表面性能的影响。
结果显示，激光熔覆可以显著提高零件的耐蚀性和耐磨性，使汽车更加耐用。
3. 激光熔覆在能源领域的应用：研究探讨了使用激光熔覆技术改善能源设备表面性能的效果。
结果表明，激光熔覆可以有效提高能源设备的耐高温和耐腐蚀性能，从而提高设备的工作效率。
4. 激光熔覆在化工行业的应用：研究比较了使用激光熔覆和传统覆盖方法制备化工设备的性能差异。
结果显示，激光熔覆可以提供更均匀、致密的涂层，并且具有更高的抗腐蚀性能。
以上案例研究报告表明激光熔覆技术在不同行业的应用具有广泛的潜力，并且可以显著提高材料的表面性能。
随着激光技术的不断发展，相信激光熔覆技术将在未来得到更广泛的应用和研究。
激光熔覆实验报告
激光熔覆实验报告1.实验目的1)熟悉激光熔覆的概念、特性和基本方法；2)了解激光熔覆所涉及的激光器、加工机床、送粉器和喷嘴；3)用侧向送粉法在45钢表面进行镍基合金的激光熔覆，优化工艺参数获得良好的熔覆层；4)测量熔覆层的尺寸，观察显微组织。
2．实验原理激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。
与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。
熔覆材料：目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。
其中，又以镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜。
工艺设备原理熔覆工艺：激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。
预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。
同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。
熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。
预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。
同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。
按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。
3．实验设备YLS-2000（IPG）光纤激光器、45钢板材（40╳60╳15），Ni基合金粉末。
《超声滚压强化高速激光熔覆Fe基涂层组织及摩擦磨损行为研究》
《超声滚压强化高速激光熔覆Fe基涂层组织及摩擦磨损行为研究》一、引言随着现代工业技术的飞速发展，零件表面的性能需求愈发严苛。
为满足这些需求，高速激光熔覆技术被广泛应用于制造高硬度、高耐磨的Fe基涂层。
然而，传统方法所形成的涂层往往在耐磨性和韧性之间存在权衡关系。
为解决这一问题，本文提出了一种新型的超声滚压强化技术，并对其在高速激光熔覆Fe基涂层中的应用进行了深入研究。
本文将通过实验探究该技术对涂层组织结构的影响，并对其摩擦磨损行为进行详细分析。
二、实验材料与方法1. 材料准备实验所使用的基体材料为某型合金钢，激光熔覆的Fe基粉末则由铁粉、合金元素和增韧相组成。
通过激光熔覆技术，在基体表面制备出涂层。
2. 超声滚压强化处理对激光熔覆后的涂层进行超声滚压处理，通过改变滚压参数（如滚压时间、滚压压力等）来研究其对涂层组织及性能的影响。
3. 实验方法采用光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对涂层的微观组织进行观察；利用硬度计和摩擦磨损试验机对涂层的硬度和摩擦磨损性能进行测试；通过X射线衍射仪分析涂层的相组成。
三、实验结果与分析1. 涂层组织结构分析经过高速激光熔覆后，Fe基涂层呈现出致密的微观结构，晶粒细小且分布均匀。
经过超声滚压处理后，晶粒进一步细化，组织更加致密。
分析表明，超声滚压能够有效地细化晶粒、改善组织结构。
2. 硬度与相组成分析实验结果显示，经过超声滚压处理的Fe基涂层硬度明显提高。
X射线衍射分析表明，涂层中出现了新的硬质相，这些硬质相的生成有助于提高涂层的硬度和耐磨性。
3. 摩擦磨损行为分析通过摩擦磨损试验，发现经过超声滚压处理的Fe基涂层在摩擦过程中表现出更低的磨损率。
这归因于滚压处理后涂层组织致密、硬度提高以及硬质相的生成等因素的综合作用。
此外，滚压处理还能降低涂层的摩擦系数，使其在摩擦过程中具有更好的润滑性能。
四、讨论与展望本研究表明，超声滚压强化技术能够显著改善高速激光熔覆Fe基涂层的组织结构、硬度和耐磨性。
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图1 熔覆过程
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测试方法
1、测试方法：X射线荧光光谱法（XRF）
优点： a) 分析速度快 b) 无损检测 c) 分析精密度高。 d) 制样简单，固体、粉末、液体样品等都可
以进行分析。
图2 X射线荧光光谱仪
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试样处理
1、试样表面加工方式：磨床 / 车床 / 铣床 2、检测前用无水乙醇擦拭
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作业布置
1. 成分检测试样制样时，需要注意哪些方面？
作业
2. 不同熔覆层数的化学成份存在差异的原因是？
2.032
Nb
0.01
0.01
0.006
Mo
0.097
0.091
0.096
Fe
5.47
2.076
2.019
Cu
0.025
0.025
0.024
Cr
28.30
28.86
28.84
Co
59.15
62.49
62.15
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课程小结
➢ XRF是一种无损检测技术，具有检测速度快，精度高、制样方便等优点； ➢ 检测前，试样需采用车床、磨床、铣床等进行加工，获得平整表面； ➢ 由于粉末与基体有稀释作用，不同层数的成份会有差异。
1层
2层
3层
图3 待测试样
注意：尽可能不采用砂纸打磨表面，以免砂纸颗粒进入表层，影响检测结果
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测试结果
表1 Co基合金不同层数熔覆层化学成分
1层
2层
3层
W
3.754
3.918
4.14
V
0.022
0.019
0.019
Si
0.674
0.679
0.698
Ni
2.498
2.012
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激光熔覆层化学成分分析工艺实践
课程：激光表面处理工艺实践 主讲教师：林继兴
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教学目标
通过学习，了解激光熔覆层化学成分检测工艺实践
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试验方案
1、激光器：4kW 光纤输出半导体激光器 2、基材：304不锈钢 3、粉末：Co基合金 4、熔覆层数：1层、2层、3层