一种改善冷喷涂铝合金组织和摩擦学性能的有效途径

2024-01-10

表面工程与再制造 2023年5期

冷喷涂被认为是一种在各种金属材料表面制备耐磨金属基复合涂层的新兴技术。在本项工作中，一种可行的"冷喷涂+热轧后处理"策略被成功应用于在商用6061铝板上制备耐磨B4C/6061Al复合涂层。结果表明，热轧后处理通过有效愈合喷涂态沉积层中的缺陷和层片边界，使合金基体中B4C颗粒分布均匀，层片间结合良好，且层片内具有足够的塑性。与喷涂态样品相比，热轧态样品中的膜层-基体结合强度增加了两倍。此外,热轧工艺显著改善了涂层的摩擦学性能，磨损率约为基体的40%。最终试验结果表明,将冷喷涂和热轧处理相结合的思路对改善铝合金板的摩擦学性能是十分有效的。此外,这种方法似乎同样适用于不可服役的6061铝合金部件的修复/再制造。（该成果以An effective approach to improve microstructure and tribological properties of cold sprayed Al alloys为题，近期发表在Reviews on Advanced Materials Science上，doi:10.1515/RAMS-2023-0314）

图文摘要

激光修复GH4169高温合金界面附近的显微组织、弹性模量和残余应力分布

直接能量沉积( Direct Energy Deposition，DED )作为一种新兴的增材制造技术，在航空发动机涡轮叶片等高价值零部件的修复或再制造方面表现出巨大的潜力。通过直接激光沉积(Direct Laser Deposition，DLD)这种特定形式的DED，可以将GH4169高温合金粉末熔覆在GH4169基体上，以模拟航空航天部件的修复。综合研究了不同DLD工艺参数下界面附近的微观组织、力学性能及其分布特征。结合电子背散射衍射(EBSD)、数据拼接技术和第一性原理，确定了各相的晶粒取向和弹性刚度矩阵，在此基础上分析了相对较大且复杂区域的弹性模量和残余应力分布。结果表明，DLD工艺参数，如线能量密度，显著影响晶粒尺寸、晶粒生长方向和残余应力，但对弹性模量影响较小。此外，微观组织在界面附近呈现显著的不均匀性，弹性模量在微观尺度上呈现各向异性，而在宏观尺度上几乎呈现各向同性，在熔覆区、热影响区(HAZ)和基体之间没有明显的数值差异。本研究为改善激光修复构件的微观组织和力学性能的DLD工艺优化提供了参考。（该成果以Distribution of microstructure，elastic modulus and residual stress near the interface in laser repaired GH4169 superalloy为题，近期发表在Journalof AlloysandCompounds上，doi:10.1016/J.JALLCOM.2023. 171625）

(a)4号样品的IPF图;(b) 4号样品相分布图;(c)晶粒纵横比与晶粒直径叠加，图中较亮的区域为热影响区;(d) 4号样品沉积的IPF图

各试样的微弹性模量分布图(单位:GPa)：(a) 2号(y方向);(b) 3号(y方向);(c) 4号(x方向);(d) 4号(Z方向);(e) 4号(y方向)

基于30CrMnSiNi2A钢的飞机起落架激光熔覆再制造

起落架的再制造对飞机具有至关重要的作用。根据起落架实际服役环境，对30CrMnSiNi2A钢表面进行激光熔覆再制造。实验过程中制备了6种不同成分配比的镍基碳化钨( WC)复合涂层。结合实际工况，分析涂层的显微组织、物相组成、显微硬度、磨损和耐腐蚀性能。结果表明，除WC含量为25%的涂层外，再制造涂层与基体冶金结合良好,表面无裂纹和气孔。与基体相比,修复后涂层的耐磨性和耐蚀性大大提高。这表明涂层和基体的耐蚀性不同，特别是在盐雾环境中。当WC含量为20%时,可以获得与基体结合良好、组织致密的涂层。这种配比下的涂层具有最佳的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。涂层显微硬度为542HV0.2。涂层在干摩擦条件下的失重仅占基体的25.92%。电化学腐蚀速率为0.0025 mm/a，只有基体的1.37%。在1000 h的盐雾环境下,涂层表面表现出良好的性能。本实验旨在实现起落架的再制造，并为其实际应用提供参考。（该成果以Laser cladding remanufacturing of aircraft landing gear based on 30CrMnSiNi2A steel为题，近期发表在Optik上，doi:10.1016/J.IJLEO.2023.170902）