激光熔覆原位自生碳化物增强自润滑耐磨复合涂层的高温摩擦学性能
激光熔覆原位生长TiB2
第52卷第7期表面技术2023年7月SURFACE TECHNOLOGY·397·激光熔覆原位生长TiB2/TiC增强铁基涂层组织及性能佘红艳1，屈威1，杨柳1，叶宏1,2（1.重庆理工大学 材料科学与工程学院，重庆 400054；2.重庆市高校模具技术重点实验室，重庆 400054）摘要：目的采用激光熔覆技术在45钢表面制备原位生长的TiB2、TiC陶瓷相，以提高铁基涂层的耐磨性能。
方法利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）研究铁基复合涂层的相组织、显微组织。
使用显微硬度计、磨损实验机等仪器进行显微硬度和耐磨性的测试。
结果在铁基粉末中添加Ti、B4C后，涂层原位生长出均匀分布的TiB2、TiC陶瓷相，其数量随着（Ti+B4C）添加量的增加而增多。
经过扫描电镜结合EDS判定TiB2多呈矩形形貌，TiC呈球形或花瓣状。
在原位生长过程中，TiB2优先形成，而TiC多依附在TiB2周围，以颗粒状存在。
铁基复合涂层的显微硬度随着（Ti+B4C）添加量的增加逐级增加，质量分数为30%的（Ti+B4C）复合涂层的硬度最高（1 086HV0.2），比铁基涂层（611HV0.2）的硬度提高了约0.78倍。
复合涂层的磨损性能得到明显改善，其中质量分数为30%的（Ti+B4C）复合涂层的磨损率最小，为5.48×10−6 mm3/(N·m)，铁基涂层的磨损率为2.01×10−5 mm3/(N·m)，表明其耐磨性提高了约2.67倍。
随着原位生长的TiB2、TiC陶瓷相数量的增多，铁基涂层的磨损机制由黏着磨损逐渐转为轻微的磨粒磨损。
结论在铁基粉末中添加Ti、B4C，通过激光熔覆技术能够原位生长出TiB2和TiC，显著提高了铁基涂层的硬度和耐磨性能。
关键词：激光熔覆；原位生长；TiB2/TiC；微观组织；显微硬度；摩擦磨损性能中图分类号：TG174.442 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)07-0397-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.07.036Microstructure and Properties of TiB2/TiC ReinforcedFe-based Coating Grown in Situ by Laser CladdingSHE Hong-yan1, QU Wei1, YANG Liu1, YE Hong1,2(1. School of Materials Science and Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China;2. Chongqing University Key Laboratory of Mould Technology, Chongqing 400054, China)ABSTRACT: The preparation of ceramic phase reinforced metal matrix composites by laser cladding is currently an important research direction of wear resistant coatings. According to the way of adding the reinforcing phase, they are generally classified into two categories, i.e., the ex-situ method and the in-situ growth method. The significant advantage of in-situ growth is that收稿日期：2022−06−22；修订日期：2022−11−12Received：2022-06-22；Revised：2022-11-12作者简介：佘红艳（1998—），女，硕士生，主要研究方向为激光熔覆表面改性。
激光熔覆Ni45-CaF2-WS2自润滑涂层组织与性能
激光熔覆Ni45-CaF2-WS2自润滑涂层组织与性能章小峰;王爱华;张祥林;乔晓勇;黄早文【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2008(018)002【摘要】利用CO2激光器,在45号钢表面熔覆Ni45-CaF2 -WS2粉末制备自润滑复合涂层,研究熔覆涂层微观组织和摩擦磨损性能及其影响规律.结果表明,熔覆过程中,WS2发生部分分解,形成新的润滑相CrxSy和CaWO4,CaF2的存在对熔池的流动性有极大的改善;涂层的室温及400 ℃摩擦性能测试也表明,复合自润滑涂层的摩擦因数显著降低,且Ni45-7.5CaF2-7.5WS2(质量分数,%)涂层的摩擦磨损性能较佳.【总页数】6页(P215-220)【作者】章小峰;王爱华;张祥林;乔晓勇;黄早文【作者单位】华中科技大学,材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,材料成形与模具技术国家重点实验室,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TF125.9;TG174.44【相关文献】1.激光功率对激光熔覆Ni包WC涂层组织与性能的影响 [J], 成诚;赵剑峰;田宗军;冯君;谢德巧;肖猛2.激光熔覆原位自生碳化物增强自润滑耐磨复合涂层的高温摩擦学性能 [J], 王勇刚;刘和剑;回丽;职山杰;刘海青3.300M钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度场数值模拟研究 [J], 庞铭; 刘全秀4.激光能量密度对激光熔覆NiCoCrAlY涂层组织与性能的影响 [J], 聂金浩;杨宜鑫;李玉新;张宏建;魏守征;蔡杰;关庆丰5.304不锈钢激光熔覆Co-Ti_(3)SiC_(2)自润滑复合涂层微观组织与摩擦学性能[J], 王港;刘秀波;刘一帆;祝杨;欧阳春生;孟元;罗迎社因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
超高速激光熔覆Ni625
第52卷第11期表面技术2023年11月SURFACE TECHNOLOGY·237·超高速激光熔覆Ni625/WC复合涂层的耐磨性能李宝程1，崔洪芝1,2*，宋晓杰1，殷泽亮1，朱于铭1（1.山东科技大学 材料科学与工程学院，山东 青岛 266590；2.中国海洋大学 材料科学与工程学院，山东 青岛 266100）摘要：目的提高高铁制动盘用24CrNiMo铸钢的耐磨性和高温性能。
方法在24CrNiMo铸钢表面，通过超高速激光熔覆技术，制备Ni625/碳化钨（WC）复合涂层，并设计多层梯度熔覆，使得WC颗粒在涂层中呈均匀分布。
通过X 射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等分析涂层的物相组成、微观组织结构和元素分布。
分别采用显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维形貌仪等测试涂层的硬度、室温及600 ℃的摩擦系数和耐磨性，分析涂层的摩擦磨损机理。
通过同步热分析仪（TGA-DSC）测试涂层的抗高温氧化性能和组织的高温稳定性能。
结果涂层主要由γ-Ni固溶体、WC以及含W增强相W2C和M23C6等组成。
WC分布较为均匀，涂层平均显微硬度达440HV0.2~610HV0.2，是基体硬度的1.25~1.7 倍。
在室温条件下，体积磨损率仅为基体24CrNiMo铸钢的 4.2%~20.8%，摩擦系数略低于基体；在600 ℃条件下，体积磨损率为基体24CrNiMo铸钢的 80.1%~180.8%，摩擦系数高于基体，且稳定性好，熔覆涂层显著提高了24CrNiMo铸钢基体的耐磨性。
磨痕分析表明，涂层在室温下主要为磨粒磨损，600 ℃下除了磨粒磨损之外，并还伴随着轻微的氧化磨损，其中复合涂层S3的性能最佳。
结论在以高速强力磨损为主的工况下，Ni625/WC复合涂层具有优异的耐磨性能和抗高温氧化性能，球形WC颗粒在提高涂层耐磨方面发挥了重要作用。
关键词：高铁制动盘；超高速激光熔覆；摩擦磨损，Ni基涂层中图分类号：TH117 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0237-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.018Wear Resistance of Ultra-high Speed Laser CladdingNi625/WC Composite CoatingsLI Bao-cheng1, CUI Hong-zhi1,2*, SONG Xiao-jie1, YIN Ze-liang1, ZHU Yu-ming1(1. School of Materials Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266590,China; 2. School of Materials Science and Engineering, Ocean University of China, Shandong Qingdao 266100, China) ABSTRACT: High-speed train brake disc is one of the important components to ensure the safe and reliable operation of收稿日期：2022-10-30；修订日期：2023-03-08Received：2022-10-30；Revised：2023-03-08基金项目：国家自然科学基金（51971121，U2106216）；山东省重大创新工程项目（2019JZZY010303，2019JZZY010360）Fund：The National Natural Science Foundation of China (51971121, U2106216); Major-special Science and Technology Projects in Shandong Province (2019JZZY010303, 2019JZZY010360)引文格式：李宝程, 崔洪芝, 宋晓杰, 等. 超高速激光熔覆Ni625/WC复合涂层的耐磨性能[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 237-247.LI Bao-cheng, CUI Hong-zhi, SONG Xiao-jie, et al. Wear Resistance of Ultra-high Speed Laser Cladding Ni625/WC Composite Coatings[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 237-247.*通信作者（Corresponding author）·238·表面技术 2023年11月high-speed trains. Its main failure form is thermal damage and wear that occurs on or near the friction surface. The use of ultra-high-speed laser melting and other surface strengthening technologies to improve the wear resistance and high-temperature performance of brake discs and other key components is an effective way to ensure the safe operation of high-speed trains. At present, there are many studies on the wear performance of Ni-based WC coatings, but there are relatively few studies on the application of key parts such as brake discs in high-speed trains.In this paper, Ni625/WC composite coatings was prepared on the surface of 24CrNiMo cast steel for high-speed train brake discs using ultra-high-speed laser melting technology. Since the high specific gravity of WC affected the quality and wear resistance of the coatings, a three-layer gradient coating design was used to improve the distribution of WC particles in the coatings.The phase composition, microstructure and element distribution of the coatings were analyzed by an X-ray diffractometer (XRD), a transmission electron microscope (TEM) and a scanning electron microscope (SEM). The hardness, coefficient of friction and wear resistance of the coatings at room temperature and 600 ℃were tested with a microhardness tester, a friction and wear tester and a 3D morphology tester, respectively, and the friction and wear mechanisms of the coatings were analyzed. The high-temperature oxidation resistance and tissue stability of the coatings were investigated with a TGA-DSC simultaneous thermal analyzer.The results showed that the coatings are well bonded to the substrate, metallurgically, and the total thickness of the coatings was about 300 μm. The coatings were mainly composed of γ-Ni solid solution, WC, W2C and M23C6 phases. The partial melting and decomposition of WC particles generated different types and multi-scale secondary carbide phases distributed in the intergranular region of the γ-Ni solid solution. In addition, there were lamellar fine eutectic tissues composed of γ-Ni and secondary carbides generated. The hardness distribution of the coatings were relatively uniform, and the average microhardness reached 440HV0.2~610HV0.2, which was 1.25~1.7 times of the matrix hardness (360HV0.2), and the thickness of the heat-affected zone was about 200 μm with a hardness of 410HV0.2. With the increase of WC content, the main wear mechanism at room temperature was abrasive wear, and the volume of wear decreased to 20.8%, 6.8%, 4.4% and 4.2% of the matrix, and the corresponding coefficients of friction were slightly lower than that of the matrix. At 600 ℃, it was mainly abrasive wear and slight oxidation wear, and the coefficients of friction were higher than that of the matrix. The high toughness γ-Ni was firmly combined with WC, diffusely distributed secondary carbides and other reinforcing phases, which played the role of wrapping and supporting WC particles, and the multi-scale carbides, mainly WC particles, could effectively resist the indentation of grinding balls, thus reducing plastic deformation and wear. The coatings have good oxidation resistance and tissue stability, which are beneficial to the stability of frictional wear at high temperature. The spherical WC particles play an important role in improving the wear resistance of the coatings.KEY WORDS: brake discs of high-speed trains; ultra-high-speed laser cladding; frictional wear; Ni-based coating高铁制动盘是保证高速列车安全可靠运行的重要部件之一。
激光熔覆MoSi_(2)颗粒增强Co基涂层的耐磨性能研究
激光熔覆MoSi_(2)颗粒增强Co基涂层的耐磨性能研究梁泽芬;梁泽忠;张继林;牛玉艳;梁补女【期刊名称】《材料保护》【年(卷),期】2024(57)3【摘要】奥氏体不锈钢因低硬度和较差耐磨性限制了其应用,故改善不锈钢表面性能对于促进其应用有重要的工程意义。
利用激光熔覆技术制备了不同质量分数(0,20%,40%)的MoSi_(2)增强Co基合金的复合涂层。
采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针显微分析仪(EPMA)等方法研究了MoSi_(2)的添加量对复合涂层的显微组织、相组成、硬度和摩擦磨损性能的影响。
结果表明:MoSi_(2)的加入使复合涂层显微组织柱状晶向等轴晶和平面树枝晶转变,且具有细化组织的效果;随着MoSi_(2)含量的增加,Co基复合涂层的显微硬度和耐磨性能也随着提高。
当MoSi_(2)的含量为40%时,MoSi_(2)/Co基复合涂层的显微硬度高达1455HV_(0.2),磨损率为6.9×10^(-5) mm^(3)/(N·m);在凝固过程中形成的硬质相(Cr_(5)Si_(3)、MoSi_(2)、Mo_(5)Si_(3)和Co_(2)Mo_(3))和(Fe、Cr、Co)Si_(2)新型固溶体显著提高复合涂层的耐磨性能;MoSi_(2)增强Co基合金涂层的磨损机制随着MoSi_(2)含量的增加发生转变,即由磨粒磨损、黏着磨损和塑性变形的协同作用转变为黏着磨损、脆性微断裂和氧化磨损。
【总页数】6页(P88-92)【作者】梁泽芬;梁泽忠;张继林;牛玉艳;梁补女【作者单位】兰州工业学院机电工程学院;兰州工业学院材料科学与工程学院;兰州空间技术物理研究所【正文语种】中文【中图分类】TG174.4【相关文献】1.纳米Al2O3颗粒增强Ni基合金激光熔覆涂层高温抗氧化性能的研究2.激光熔覆TiB2颗粒增强镍基合金复合涂层的微观组织与摩擦学性能研究3.纳米SiC颗粒增强Ni基激光熔覆涂层高温抗氧化性能的研究4.激光熔覆制备硬质颗粒增强镍基合金复合涂层的研究进展5.激光熔覆原位合成TiB-TiC增强Co基涂层的微观组织和耐磨性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光熔覆Fe+B4C复合涂层的组织及耐磨性
激光熔覆Fe+B4C复合涂层的组织及耐磨性赵星明;万荣春;斯松华;丁晓丽;陈娟【期刊名称】《安徽工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2007(024)003【摘要】利用激光器在SPHC钢基材表面激光熔覆w(B4C)=5%的Fe基复合涂层(Fe+B4C),对熔覆层的组织形貌及耐磨性进行分析,并与铁基合金涂层(Fe55)作对比研究.结果表明,Fe55熔覆层主要为有明显方向性的柱状枝晶组织,由α-Fe枝晶固溶体与枝晶间共晶组织(α-Fe+Cr23C6)组成;加入B4C后,改变了铁基熔覆层的凝固特征,Fe+B4C熔覆层主要由组织均匀、无明显生长方向性的α-Fe杆状枝晶固溶体与其间的共晶组织组成,共晶化合物相明显增多,主要有Fe2B,CrB,Cr23C6,Cr7C3,Fe3(B,C)等.Fe+B4C复合涂层的硬度及耐磨性比Fe55涂层明显提高.【总页数】4页(P257-260)【作者】赵星明;万荣春;斯松华;丁晓丽;陈娟【作者单位】安徽工业大学,材料科学与工程学院,安徽,马鞍山,243002;安徽工业大学,材料科学与工程学院,安徽,马鞍山,243002;安徽工业大学,材料科学与工程学院,安徽,马鞍山,243002;安徽工业大学,材料科学与工程学院,安徽,马鞍山,243002;安徽工业大学,材料科学与工程学院,安徽,马鞍山,243002【正文语种】中文【中图分类】TG174.44【相关文献】1.SiC含量对激光熔覆SiC/Ni60A复合涂层显微组织和耐磨性能的影响 [J], 赵龙志;刘武;刘德佳;赵明娟;张坚2.激光熔覆原位自生TiC颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性 [J], 马世榜;夏振伟;徐杨;施焕儒;王旭;郑越3.激光熔覆NiCrMnWC复合涂层的组织与耐磨性 [J], 王璐;胡树兵;单炜涛;胡可;张磊4.激光熔覆NiCrBSi/WC-Co复合涂层的组织与耐磨性能 [J], 王东生; 田宗军5.激光熔覆Ti-BN/Co基复合涂层微观组织和耐磨性能研究 [J], 赵庆宇;万焱;秦坤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光熔覆H13-TiC复合涂层的力学性能测试与数值模拟
本实验是在试样 或多或少存在 一定冶金缺陷下完成 的， 各试样仍然具有较高的机械性能。所以， 适当改善 激光工艺参数 ， 减少或消除夹渣 、 氧化、 气孔 ， 并采取适
ｆ ｈ ９ｆ ． ａ ． １ｒｆ １ ， ｉ １ｔｂ １ ｅ． Ｃ ｇ
Ｋｅ ｒ ｓ ｍｏ ｄ ａ ｅ ｌ ｄ ｉ ｇ ｏ ｏ ｉ ａ ｅｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌ ；ｌｓ ｒｃａ ｄ ｎ ；ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｌｙ ｒ ；ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｔ ｃ ａ ｉａ ｒ ｐ ｒ ｅ ；Ｍｏ ｉ ａ ａ ａ ｉ ｒＴ ｎ ｋ －
第２ ９卷 第 ４期 ２１ ０ １年 ８月
轻 工 杌挪
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［ 新设备 ・ 新材料 ・ 新方法］
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屈服强度、 抗腐蚀及耐磨性等优越的性能 ， 常被用于模 具钢表面改性及修复模具 ， 提高模具 的使用性能和寿
命 。涂层本身 的机械性能对 防止模具 的整体破坏 Ｊ
具有重要的意义。文章采用半导体激光器 ， Ｈ ３模 在 １
受很大 的冲击载荷、 强烈的冷 热循环引起热应力及高
激光熔覆Zr—Al—Ni—Cu复合涂层组织及其摩擦磨损性能
１ 实 验 部 分
基体 材 料 为 纯 度 ９ ． （ ９ ６ 以质 量 分 数 计 ， 同 ） 下 的 Ｔｉ ，试样尺 寸 为 ３ Ｏｍｍ×５ Ｏｍｍ×８ｍｍ．熔 覆合 金 粉 末粒 度 为 ０ ０ ５－ ． ７ｍｍ，Ｉｏ ｅ合金 的 原子 ．４ －０ ０ － ｎｕ 组 成为 Ｚ ＡＩ ＮｉＣ １ 试 样 １ ， ｒ １ ｕ （ ． 。 ． ） 向试 样 １中添 加 ０ ８ Ｃ（ 样 ２ 、． Ｂ和 ３ ５ Ｓ （ ． 试 ）３ 墨 ． ｉ试样 ３ ， ） 得到待
用Ｘ ＲＤ一０ ０型 ｘ射 线衍 射仪 （ Ｄ） 涂 层进 行 物 ６０ ＸＲ 对
相 分析 ． Ｄ 用 ＭＨ一Ｌ ２ Ｓ型显微 硬 度计 测量 涂层 横截 面 显微 硬度 ． Ｄ Ｐ 静一 摩擦 系数 精 密测 量 仪考 察 用 ＦＭ 动
中于 薄带 、 片和 薄 板 等［ ］对 激光 熔 覆 含 非 晶、 薄 ５ ， 纳
（． １大连理工大学 三束材料改性 国家重点实验室 ，辽宁 大连 １６２ ； １０ ３
２ 中 国科 学 院 兰 州 化 学 物 理 研 究 所 固体 润 滑 国家 重 点 实 验 室 ，甘 肃 兰 州 ７ ０ ０ ） ． ３ ０ ０ 摘 要 ： 用 激 光熔 覆 技 术 在 Ｔ 基 体 上 制 备 了 ｚ ６ ７ＮｉＣ － 合 金 涂 层 ， 层 由金 属 间 化 合 物 、 量 非 晶和 纳 米 晶 构 采 ｉ ｒ５ ． － ｕ ＡＩ 。 ． 涂 少 成 ． 别 向涂 层 中 添 加 Ｃ 或 Ｂ 及 Ｓ 等 组 元 ， 涂 层 硬 度 由原 来 的 １０ １ 分 ｉ 使 ４ＨＫ 升 高 到 １０ ５ ８ＨＫ 和 １ ５Ｈ Ｋ； 时 在 干 摩 ２ ２ 同 擦 条 件 下 考 察 了其 摩 擦 磨 损 行 为 ． 果 表 明 ， 层 的摩 擦 系 数 分 别 为 ０ １ 、 ． ６和 ０ １ ， 层 磨 损 机 制 以 磨 粒 磨 损 、 结 涂 ．４０１ ．７涂 剥层磨损和粘着磨损为 主． 关 键 词 ： 光 熔 覆 ； 属 间化 合物 ； 合 涂 层 ； 擦 磨 损 性 能 激 金 复 摩
激光熔覆原位自生增强颗粒复合涂层讲解
激光熔覆原位自生增强颗粒复合涂层激光熔覆陶瓷颗粒增强金属基复合涂层是一项先进的表面技术,它可改善材料表面性能,如耐磨性、耐蚀性、抗氧化、抗热震能力等。
在该技术中,激光熔覆原位自生陶瓷增强复合涂层的方法是在激光照射下,通过元素之间或元素与化合物之间的原位反应,在涂层内原位生成一种或几种高强度、高弹性模量的陶瓷增强相,由于这种增强体是原位形核、长大的热力学稳定相,其表面无污染,因而避免了与基体相容性不良的问题,且界面结合强度高。
为了在钛合金表面获得良好的耐磨涂层,本文熔覆涂层分别选用了市售的KF-Co50和自制的CoBTiSi 复合涂层粉末进行实验。
利用XRD、SEM、和EMPA等分析手段对激光熔覆层的微观组织进行分析;在HX-1型显微硬度计测量涂层微区组织的显微硬度值,在UMT-2型多功能摩擦磨损测试仪上进行干滑动摩擦磨损实验。
同时为了在铜合金表面得到良好的激光熔覆层,把理论与试验相结合,通过热力学理论计算,选择出Ni基熔覆涂层体系,利用横流CO_2激光器在铜合金表面原位自生陶瓷颗粒增强涂层。
激光熔覆市售的KF-Co50复合涂层试验表明:涂层与基体实现了良好的冶金结合;熔覆区是在γ-Co固溶体基体上均匀分布着大量的TiB_2、TiC、WB 和Cr_5Si_3陶瓷相和金属间化合物,涂层组织细密,生成树枝状、块状、不规则等形态组织,对涂层的力学性能分析结果表明:涂层显微硬度值较基体有显著提高,涂层获得最高硬度可达1000HV以上,约为基体硬度的3-4倍,显微硬度值从表面到基体呈较平稳的过渡。
涂层耐磨性较基体有显著提高。
涂层中的磨损机制主要为磨粒磨损及其引起的剥层,基体中除此之外还有粘着磨损。
激光熔覆自制的CoTiBSi复合涂层试验表明:涂层中原位合成的TiB_2和TiB陶瓷相均匀分布在γ-Co基合金涂层中。
涂层内枝晶组织细小均匀,枝晶内和枝晶间存在明显的组织和成分差异。
随着Ti、B含量的增加,激光熔覆原位生成物的组织形态发生相应的变化,熔覆区组织由细小分散的片状和块状转变为柱状枝晶组织,取向规则,分布均匀。
碳化物增强激光熔覆非晶涂层的研究进展
碳化物增强激光熔覆非晶涂层的研究进展目录1. 内容简述 (2)1.1 背景与意义 (2)1.2 研究现状 (3)2. 碳化物增强激光熔覆技术 (5)2.1 原理与特点 (6)2.2 熔覆过程优化 (7)2.3 熔覆质量评价 (8)3. 非晶涂层的特性 (9)3.1 材料特性 (11)3.2 物理特性 (12)3.3 化学特性 (13)3.4 机械特性 (14)4. 碳化物增强激光熔覆非晶涂层的制备 (15)4.1 材料选择 (16)4.2 涂层制备工艺 (17)4.3 涂层性能调控 (18)5. 碳化物增强激光熔覆非晶涂层的研究进展 (19)5.1 薄膜的微观结构与形态 (20)5.2 相分析和成分表征 (22)5.3 涂层性能测试 (23)5.4 涂层应用与案例分析 (24)6. 面临的挑战与未来发展方向 (25)6.1 熔覆过程中的缺陷控制 (30)6.2 涂层的性能提升 (32)6.3 新技术与材料的探索 (32)7. 结论与展望 (34)1. 内容简述本论文综述了近年来碳化物增强激光熔覆等，这些材料具有高硬度、耐磨性和化学稳定性等特点。
通过激光熔覆技术，这些碳化物颗粒能够被均匀地引入到非晶合金或陶瓷涂层中，从而显著提高涂层的性能。
在非晶涂层的应用方面，技术被广泛用于提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性和抗冲击性。
特别是在航空、汽车和模具制造等领域，非晶涂层的需求日益增长，这推动了技术的快速发展。
本文将详细介绍技术的基本原理、工艺流程、关键参数以及不同碳化物增强材料对涂层性能的影响。
同时，还将探讨当前研究中存在的问题和挑战，并展望未来的发展趋势和潜在应用领域。
通过对现有文献的综合分析，为进一步深入研究碳化物增强激光熔覆非晶涂层提供参考和启示。
1.1 背景与意义随着科技的不断进步和工业领域对材料性能要求的提高，材料的表面处理技术也在不断发展。
激光熔覆作为一种先进的表面强化技术，通过将合金材料熔化并热扩散至基体材料表面，可以实现对材料表面性能的显著提升。
激光熔覆原位自生TiC颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性
激光熔覆原位自生TiC颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性马世榜;夏振伟;徐杨;施焕儒;王旭;郑越【摘要】采用预置粉末法在45钢表面进行激光熔覆镍基Ni60A+x%(SiC+Ti)(质量分数,下同)复合粉末涂层的实验研究.使用往复式磨损试验机对不同涂层材料的熔覆层进行干摩擦磨损实验,利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察和分析熔覆层的显微组织与磨损形貌.结果表明:复合粉末通过原位反应生成弥散分布的TiC颗粒增强复合涂层,随着(SiC+Ti)含量的增加,颗粒状TiC的尺寸和数目逐渐增加;复合粉(SiC+Ti)含量达到60%时,微观组织有气孔和夹杂缺陷;复合粉(SiC+Ti)含量为48%时,熔覆层耐磨性最佳;复合涂层的磨损主要为磨粒磨损,机理为微观切削和挤压剥落.%Laser cladding of Ni-based Ni60A+x% (SiC+Ti)(mass fraction,the same below) composite powder coating on 45 steel substrate was studied by using the method of preplaced powder.The dry friction and wear experiments of different material coatings were carried out by reciprocating friction wear tester.The microstructure and worn morphology of cladding layers were observed and analyzed by using metallographic microscope, scanning electron microscope(SEM) respectively.The results show that the prepared composite coating with dispersively distributed TiC enhanced particles are obtained in-situ, the size and number of the granular TiC gradually increase with the increase of the composite powder SiC+Ti.When the composite powder SiC+Ti reaches 60%, pores and inclusions defects exist in microstructure.When the composite powder SiC+Ti reaches 48%, wear resistance of cladding coating is the best.Thewear behavior of the composite coating is abrasive wear, and the mechanism is micro cutting and extrusion spalling.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】7页(P24-30)【关键词】激光熔覆;原位自生;TiC;耐磨性;强化机理【作者】马世榜;夏振伟;徐杨;施焕儒;王旭;郑越【作者单位】中国农业大学工学院,北京 100083;南阳师范学院机电工程学院,河南南阳 473061;中国农业大学工学院,北京 100083;中国农业大学工学院,北京100083;中国农业大学工学院,北京 100083;中国农业大学工学院,北京 100083;中国农业大学工学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TG115.5+8激光熔覆原位自生技术是指采用激光加工工艺，利用不同元素或化合物之间熔融状态下发生化学反应，在金属基体内生成一种或几种陶瓷相颗粒，以达到改善单一金属合金性能的方法[1-3]。
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激光熔覆原位自生碳化物增强自润滑耐磨复合涂层的高温摩擦学性能王勇刚;刘和剑;回丽;职山杰;刘海青【摘要】利用激光熔覆技术在TC11合金表面成功制备NiCrBSi Ti3 SiC2-CaF2-WC耐磨自润滑涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析熔覆层的物相及微观组织;利用显微硬度仪对其硬度进行了测量.分别在室温(25℃),300℃和600℃条件下对涂层进行干滑动摩擦磨损实验,并分析其磨损机理.结果表明:涂层主要由γ-Ni共晶相,M23C6,TiC,(Ti,W)C,Ti5 Si3硬质相以及少量的Ti3 SiC2,CaF2,TiF3润滑相组成.激光熔覆层的显微硬度大幅度提高,显微硬度平均值为863.63HV0.2,约为基体的2.46倍,熔覆层总体摩擦因数和磨损率明显低于基体,在300℃条件下,涂层具有最低的摩擦因数(0.275)和磨损率(4.8×10-5mm3·N-1·m-1).【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2019(047)005【总页数】7页(P72-78)【关键词】激光熔覆;TC11;涂层;高温摩擦磨损【作者】王勇刚;刘和剑;回丽;职山杰;刘海青【作者单位】苏州大学应用技术学院,江苏苏州215325;苏州大学应用技术学院,江苏苏州215325;沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室,沈阳110136;苏州大学应用技术学院,江苏苏州215325;苏州大学应用技术学院,江苏苏州215325【正文语种】中文【中图分类】TG665TC11钛合金是一种综合力学性能优异的双相热强钛合金，其主要成分为Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si，具有较低的密度、高比强度和优异的抗腐蚀性能，常用于制造汽轮机叶片、压气机盘、鼓桶等重要零件[1-2]。
但是，很多学者发现，TC11的耐磨损性能较低，尤其是在高温环境下，这极大地限制了其应用范围和应用前景[3]。
为了提高TC11钛合金的抗高温磨损性能，利用先进的表面加工技术，如表面渗氮/渗碳技术、磁控溅射技术、微弧氧化技术以及激光熔覆技术[4]，在其表面制备性能优异的高温耐磨涂层[5]，以提高其硬度及耐磨性能，拓宽其在关键零部件的应用范围。
但是，表面渗氮/渗碳技术在基体材料表面的渗透强化层深度小；磁控溅射技术对基体的利用率低，而且加工过程中等离子体稳定性差，可控性低；微弧氧化技术所制备的膜层厚度小，且容易与酸性介质发生反应，资金成本高[6]，所以上述方法所制备的涂层综合性能较差，性价比低。
而在构件表面利用激光熔覆技术所制备的涂层与基体结合强度高，组织均匀致密，不会出现气孔和微裂纹，总体性能优异，因此激光熔覆技术制备高性能涂层来提高构件耐磨损性能受到了众多学者的关注[7]。
激光熔覆技术是20世纪末发展起来的一种新型表面加工技术，具有热影响区域小、加工精度高、熔覆层与基体结合强度高等优点[8]。
Liu等[9]利用激光熔覆技术，在Ti-6Al-4V基体表面制备了NiCr/Cr3C2-WS2耐磨自润滑复合涂层，研究结果表明，该涂层在室温至600℃环境下，具有较低的摩擦因数和磨损率。
Paul等[10]采用激光熔覆技术在不锈钢表面成功制备了WC-Ni耐磨复合材料涂层，研究结果表明，WC硬质相颗粒离散分布在涂层内部，涂层的显微硬度较基体有明显提高，约为基体的10倍，涂层的抗冲蚀性能约为基体的4倍。
NiCrBSi涂层具有较高的硬度、抗磨损性以及耐高温氧化性，被广泛用于提高关键部件的高温摩擦磨损性能[11]。
而激光熔覆技术则被广泛应用于金属材料表面制备NiCrBSi镍基合金增强涂层[12]。
众所周知，与普通金属材料相比，陶瓷材料具有更高的耐磨性和耐蚀性[12]，在涂层中加入TiB2,Al2O3和碳化物等高硬度陶瓷相[13]以及具有自润滑性能的MoS2,CaF2,Ti3SiC2等固体润滑剂[14]，能使涂层的耐磨性得到大幅度的提高。
本工作采用激光熔覆技术，在TC11钛合金表面制备NiCrBSi-Ti3SiC2-CaF2-WC耐磨自润滑涂层，研究了复合材料涂层在不同温度环境下的耐磨损性能及其磨损机理。
1 实验材料与方法选用TC11钛合金作为基体材料，其化学成分如表1所示。
试样尺寸为40mm×40mm×20mm。
将基体试样用砂纸打磨光滑之后，对试样表面进行喷砂粗化处理。
将打磨处理好的试样置入超声波清洗机中，加入酒精清洗干净。
激光熔覆涂层的合金粉末配方如表2所示，电子称重后利用球磨机进行混合。
表1 TC11钛合金化学成分(质量分数/%)Table 1 Chemical compositions of TC11 titanium alloy (mass fraction/%)AlMoZrSiTi6.53.51.50.25Bal表2 激光熔覆合金粉末成分组成(质量分数/%)Table 2 Components of laser cladding alloy powders (massfraction/%)MaterialNiCrBSiTi3SiC2CaF2WCNiCrBSi-Ti3SiC2-CaF2-WC50101525激光熔覆实验采用TRUMPF Laser TruDisk 4002型激光器在合金基体表面进行多道搭接熔覆，激光加工工艺参数为：光斑直径5mm，搭接率50%，激光功率1.3kW，扫描速率7mm/s。
沿垂直扫描方向切割出剖面样块制成金相试样，打磨抛光腐蚀，腐蚀剂为王水混合溶液。
采用X’Pert-Pro MPD多功能X射线衍射仪(XRD)分析物相组成，Zeiss冷场发射扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)及其附带的能谱分析仪(energy dispersive spectrometer, EDS)分析涂层物相与组织。
利用Wilson 2500-6型维氏电子显微硬度计对涂层截面深度方向的显微硬度进行检测，外加载荷9.8N，持续时间15s。
采用Optimal SRV高温摩擦磨损试验机对基体和激光熔覆涂层进行磨损性能的测试，摩擦对偶件为Si3N4陶瓷球，直径4mm，摩擦磨损具体实验参数：载荷为15N，线速度为700m/s，时间为30min。
不同温度的磨损实验结束后，采用SEM,EDS分析磨痕表面的形貌和成分。
利用CSM700三维共聚焦显微镜测量了涂层的磨损体积。
磨损率公式为[9]：W=V/(LS)(1)式中：W为磨损率；V为磨损体积；L为加载力；S为滑动位移。
2 结果与分析2.1 激光熔覆涂层的物相与显微组织分析图1所示为激光熔覆NiCrBSi-Ti3SiC2-CaF2-WC涂层的XRD图谱。
可以看出，在高能激光束的作用下，熔池中发生了复杂的化学反应。
激光熔覆属于一种快速熔化和不均衡快速冷却的过程，所以很难区分出所有的物相[15]。
但是，由图1可以看出，涂层中的主要物相为γ-Ni,M23C6,TiC,(Ti,W)C,Ti5Si3以及少量的Ti3SiC2,CaF2和TiF3。
面心立方结构的亚稳态γ-Ni固溶体为主要物相。
在激光熔覆过程中，溶解的WC与熔池中的NiCrBSi,Ti3SiC2发生反应，原位生成复杂的M23C6,TiC和(Ti,W)C碳化物。
此外，涂层中检测出的CaF2的含量相对较低，这是因为CaF2的熔点低(1270～1350℃)、密度低(3.18g/cm3)，在高能激光束的作用下，会上浮到熔池的表面，快速发生蒸发和分解，导致其在涂层中的含量降低[16]。
基体表层在激光能量的作用下发生溶解，在热对流的作用下，Ti元素上浮，与此同时，CaF2分解为Ca元素和F元素，因此，Ti元素会和F元素生成少量的金属间化合物TiF3。
由于Ti3SiC2和CaF2特殊的片层结构特征，因此摩擦因数较低，具有自润滑性能。
涂层中的硬质相碳化物和具有自润滑性能的Ti3SiC2,CaF2，有利于提高涂层的整体硬度和耐磨损性能[17]。
图1 激光熔覆层的X射线衍射图谱Fig.1 XRD patterns of laser cladding coating图2所示为激光熔覆涂层的SEM形貌图。
表3为图2中标识区域的EDS分析结果。
如图2(a)所示，激光熔覆涂层的厚度约为0.7～1.0mm，组织结构致密性高、均匀性好，涂层内部无明显的气孔和裂纹，并且涂层和基体结合良好，呈冶金结合。
图2(b),(d)为激光熔覆涂层顶部区域组织SEM图，其主要物相分为3种：(1)在基体中呈弥散分布的少量黑色球状颗粒(区域Ⅰ)，由表3中的EDS结果可知，在黑色球状物相中，主要富含Ti,Ca和F 3种元素，伴随有少量的Si和C；(2)黑色近似菱形块状结构(区域Ⅱ)，主要由Ti,W,C,Ni,Cr元素组成；(3)灰白色的胞状晶和絮状的枝晶间物相组成的多种初晶相(区域Ⅲ)，主要富集Ni,Ti和Si 3种元素。
结合图1中的XRD分析结果可知，区域Ⅰ中主要为未完全溶解的自润滑相CaF2。
这是由于与涂层基体相比，CaF2的熔点(1270℃)和密度(3.18g/cm3)相对较低，仅在短轴的块状碳化物硬质相的内部析出，并且由于碳化物和基体之间溶质的不互溶性，在凝固过程中发生物相分离[18]。
由于在激光熔覆过程中，熔池内部发生热分解、飞溅等原因，导致润滑相CaF2和Ti3SiC2在熔覆涂层中的含量相对较少，甚至在SEM中没有明显地发现Ti3SiC2组织，根据EDS的分析结果可以推断出，Ti3SiC2物相主要依附在CaF2表面弥散分布于熔覆涂层中。
由图1中XRD分析结果可知，涂层中没有发现有明显的WC，由此可以判定WC颗粒在激光熔覆过程中几乎全部溶解。
并且，在涂层的顶部，随着涂层与基体表面距离的增加，熔池中温度梯度降低，冷却速率增加，熔池中熔体的过冷度也随之提高，造成涂层中溶质原子的扩散能力降低，Ti,W,C,Ni和Cr在共晶反应中，通过频繁地交叉反应来协助溶质原子的扩散，最终生成M23C6,TiC和(Ti,W)C等块状碳化物(区域Ⅱ)[19]。
而区域Ⅲ为γ-Ni混合共晶化合物。
如图2(d)所示，碳化物硬质相有较高的熔点和较低的吉布斯自由能，在熔池快速凝固的过程中最先形成，而后白色絮状的共晶混合化合物吸附于黑色块状碳化物周围并生长，最终生成类γ-(Ni)/M7C3混合共晶化合物[20]。
如图2(c)所示，熔覆涂层底部组织为树枝晶状结构，并且垂直于基体方向呈定向生长。
这是因为涂层与基体的熔点和稀释率不同，所以结合区域的温度梯度较大，促使涂层底部的晶粒沿着基底的垂直方向定向生长。
在激光熔覆过程中，晶粒结晶的速率降低，生长速率提高，最终生成粗大的树枝状晶粒；随着涂层距离基底越远，熔池内的过冷度增加，温度梯度降低，驱动晶粒生长的动力呈各向同性，提高了晶体形核率，在大面积范围内同时形核，如图2(b)所示，在熔覆涂层的顶部形成细小的等轴晶或胞状晶组织结构[21]。