钛合金激光熔覆的几种熔覆体系.doc

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1、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

2、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

3、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

4、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。原因在于Ni是一种强扩大奥氏体（γ）相区元素，增加合金中Ni含量，会使韧性相增加，从而增加了熔覆层的塑韧性；Ni含量的增加也降低了熔覆层的热膨胀系数，从而降低了熔覆层的残余拉压力，可显著减少裂纹率和缺陷的产生。但Ni含量并不是越多越好，过高的Ni含量将会损害熔覆层的硬度，使熔覆层达不到所需性能。1.钴基合金粉末钛合金表面激光熔覆钴基合金粉末具有良好的高温性能和耐磨耐蚀性能。目前，激光熔覆用钴基自

5、熔合金粉末是在Stellite合金的基础上研制的,合金元素主要是Cr、W、Fe、Ni和C，此外添加B和Si增加合金粉末的润湿性以形成自熔合金。但B含量过多会增加合金的开裂倾向。钴基合金具有良好的热稳定性，在熔覆时很少发生蒸发升华和明显的变质；另外，钴基合金粉末在熔化时具有很好的润湿性，熔化后在钛合金表面均匀铺散，有利于获得致密性好和光滑平整的熔覆层，提高了熔覆层与基体材料的结合强度。由于钴基合金粉末的主要成分是Co、Cr、W，因此它具有良好的高温性能和综合力学性能。Co与Cr可生成稳定的固溶体，由于含碳

6、量较低，基体上弥散分布着亚稳态的CrC、MC和WC等各种碳化物以及CrB等硼化物，导致合金具有更高的红硬性、高温耐磨性、耐蚀性和抗氧化性。2.铁基合金粉末钛合金表面激光熔覆铁基合金粉末适用于易变形、要求局部耐磨的零件。其最大优点是成本低且抗磨性能好，但熔点高，合金自熔性差，抗氧化性差，流动性不好，熔覆层内气孔夹渣较多，这些缺点也限制了它的应用。目前，Fe基合金熔覆组织的合金化设计主要为Fe-C-X（X为Cr、W、Mo、B等），熔覆层组织主要由亚稳相组成，强化机制为马氏体强化和碳化物强化。附表自熔性合金粉

7、末体系的特点自熔性合金粉末自熔性优点缺点铁基差成本低抗氧化性差钴基较好耐高温性能最好，良好的耐热震、耐磨耐蚀性能价格较高镍基好良好的韧性、耐冲击性、耐热性、抗氧化性，较高的耐蚀性能高温性能较差3.复合粉末钛合金表面在滑动、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下，单纯的Ni基、Co基、Fe基自熔性合金已不能胜任使用要求，此时可在上述的自熔性合金粉末中加入各种高熔点的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷颗粒，制成金属陶瓷复合涂层。其中，碳化物（WC、TiC、SiC等）和氧化物（ZrO和AlO等）研究和应用最多。陶瓷材

8、料在钛合金熔体中的行为特征有：完全溶解、部分溶解、微量溶解。其溶解程度主要受陶瓷种类、基体类型控制，其次是激光熔覆的工艺条件。在激光熔覆过程中熔池在高温存在的时间极短，陶瓷颗粒来不及完全熔化，熔覆层由面心立方的γ相（Fe、Ni、Co）、未熔陶瓷相颗粒和析出相（如MC、MC等）组成。激光熔覆层中存在细晶强化、硬质颗粒弥散强化、固溶强化和位错堆积强化等强化机制。实例(一)通过在钛合金表面激光熔覆原位TiC或（TiB+TiC）增强的钛基复合材料涂