为了提高Al2O3/CoNiCrAlY涂层的抗高温氧化能力,采用激光熔覆的方法在K438合金的表面制备Al2O3/CoNiCrAlY涂层,并研究不同的能量密度对其微观结构及材料的高温氧化行为的影响。实验结果表明:在由α-Co、γ-Ni/Cr、Al2O3、Ni3Al以及Ni2Cr3组成的Al2O3/CoNiCrAlY涂层中,Al2O3的加入可以有效细化涂层的显微结构,且涂层经过1100 ℃高温氧化后晶界处形成AlN,涂层表面形成的氧化膜分为内层α-Al2O3氧化物和外层Cr2O3与(Co,Ni)(Al,Cr)2O4的混合氧化物。不同的能量密度下,涂层的高温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,当能量密度为64.97 J/mm 3时,涂层的抗高温氧化性能最好。

采用激光熔覆技术制备了碳纤维增强316L不锈钢,研究了扫描速度对碳纤维增强316L不锈钢显微结构、显微硬度和耐磨性的影响。结果表明:激光熔覆316L不锈钢由γ-Fe相组成,而激光熔覆碳纤维增强316L不锈钢主要由M23C6、γ-Fe和α-Fe组成,其中M23C6均匀地分布在γ-Fe和α-Fe树枝晶间;随着扫描速度增大,枝晶臂间距减小,显微硬度先增加后减小,耐磨性先增强后降低;当扫描速度为12 mm/s时,激光熔覆碳纤维增强316L不锈钢的耐磨性最好,相对于未加碳纤维的激光熔覆316L不锈钢提高了约25.3%。

采用激光选区熔化技术成功制备了TiN增强钛基复合材料,并研究了TiN含量对钛基复合材料微观结构、显微硬度和摩擦磨损行为的影响。结果表明:随着TiN含量的增加,α-Ti相衍射峰发生偏移,TiN衍射峰强度逐渐增强,复合材料的显微硬度从纯钛的(228±13) HV逐渐增大到(403±20) HV;当添加TiN的质量分数为7.5%时,复合材料的磨损性能比纯钛提高了29.2%。TiN颗粒的加入使钛基复合材料的硬度与磨损性能显著提升。

采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱研究了激光选区熔化成形CP-Ti和Ti-5%TiN复合材料在人工模拟体液Hank溶液中的腐蚀性能,结果表明:激光选区熔化成形CP-Ti主要由针状α-Ti相组成,加入的TiN颗粒不仅可以与钛基体形成良好的界面结合,还可以细化α-Ti晶粒并产生更多的晶界;在Hank溶液中,激光选区熔化成形Ti-5%TiN复合材料具有比激光选区熔化成形CP-Ti更好的耐腐蚀性能,这是因为作为微阴极的TiN颗粒均匀地分布在钛基体内,可以加速钛基体的阳极溶解过程,使Ti-5%TiN复合材料能够优先进入钝化状态。

采用激光熔覆技术制备了Cu80Fe20偏晶涂层,研究了扫描速率对液相分离特征以及偏晶涂层显微硬度、耐磨性能的影响。研究结果表明: Cu80Fe20偏晶涂层内出现了分层现象,大量由体心立方结构α-Fe、面心立方结构γ-Fe组成的富铁颗粒弥散分布于上层的面心立方ε-Cu基体内,大量面心立方ε-Cu富铜颗粒分布于下层的α-Fe基体内;随着激光扫描速率增大,激光熔池的冷却速率增大,富铁颗粒粒径逐渐减小,面密度逐渐增大,相邻富铁颗粒间的间距减小,富铁颗粒对铜基体的阴影保护效应增强,使得偏晶涂层的显微硬度与耐磨性能增加,且均优于黄铜。

采用激光增材制造(LDM)技术在TC4钛合金基体表面制备了TC4钛合金熔覆层,研究了不同扫描速率下制备的熔覆层的组织、显微硬度以及其在H₂SO₄溶液中的抗电化学腐蚀性能。结果表明:熔覆层的主要物相为α-Ti,且在β晶界附近生成了细针状α'马氏体,组织呈正交状网篮结构;随着扫描速率增大,熔覆层的平均显微硬度先增大后减小,腐蚀电流密度先降低后升高,电荷转移电阻先增大后减小,即其耐蚀性先增强后减弱;当扫描速率为10 mm/s时,熔覆层具有最大的平均显微硬度(390 HV)、最小的腐蚀电流密度(1.2337 μA·cm ^-2)、最大的电荷转移电阻(11500 Ω·cm ^-2),此时的熔覆层具有较好的抗电化学腐蚀性能。

通过激光熔覆技术制备了自组装 Cu92Fe8偏晶复合涂层,研究了其相分离特征、显微硬度、耐腐蚀和磁学性能。结果表明,球磨后Cu92Fe8复合粉末的颗粒尺寸减小,且由少量的体心立方α-Fe相与固溶体Cu相组成。在激光熔覆过程中,过冷Cu92Fe8熔体发生液相分离,球状富铁的α-Fe颗粒均匀分布于富铜的ε-Cu相基体中;自组装 Cu92Fe8偏晶复合涂层的硬度均匀分布且略大于黄铜,耐腐蚀性能略逊于黄铜,但具有较好的软磁性能。

通过激光熔化沉积技术,在Ti-6Al-4V(TC4)基材表面原位合成了NiTi基金属间化合物涂层,并研究了其微结构特征、显微硬度和电化学腐蚀性能。研究结果表明,涂层主要由NiTi、Ni₃Ti、NiTi₂和Ni₄Ti₃等金属间化合物组成;涂层的显微硬度达到800 HV,比TC4基材的提高了约1.3倍;涂层表面生成了不均匀钝化膜,出现大量点蚀,故该涂层的耐蚀性能与TC4基材的相比略有下降。

基于激光熔化沉积技术, 采用A3钢作为基材, 铜合金作为过渡层, TC4合金作为涂层, 制备了TC4-Cu双相涂层, 并对涂层界面的组织、化学成分和组成相进行了分析, 同时, 对涂层的硬度和耐蚀性能进行了测试。结果表明, TC4-Cu-Fe界面发生了原子相互扩散, 界面处形成了α-Fe、α-Ti等固溶体, 结合区组织细小, 过渡层成功阻碍了Ti原子向Cu-Fe界面的扩散; TC4-Cu双相涂层的平均显微硬度约为500 HV, 约为基材的3倍; TC4-Cu双相涂层的耐蚀性能略高于商用TC4合金的, 远高于A3钢的。

为了改善基体与陶瓷涂层物理相容性, 利用半导体激光熔覆技术在不锈钢基体表面制备了CoCrTaAlY涂层作为热障涂层粘结层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等对CoCrTaAlY涂层的组织、物相和成份等进行分析。结果表明, 当激光功率不变时, 随着扫描速度的增加, 熔覆层厚度和宽度降低而形状系数和润湿角增加; 当扫描速度不变时, 随着激光能量密度的增加, 熔覆层厚度和宽度增加而形状系数和润湿角降低; 熔覆层主要由γ/γ’-(Fe,Al)与颗粒状析出物M(Ta,Si)C组成; 随着温度梯度和冷却速度的增加, 熔覆层内胞状晶转变成树枝晶, 继而生成等轴枝晶。