激光表麵合金化製備鎳基塗層

 鎳基塗層是以鎳為基體,複合其他金屬、非金屬或硬質相顆粒的合金體係。鎳基塗層由於其優異的耐腐蝕性能可應用在超大規模集成設備、微機電係統、模內鑲件、磁頭、內燃機汽缸、鍾表機芯和石油容器塗層等方麵。在實際應用中,需要根據主要性能要求和材料屬性優化選擇製備方式。

一、電子束焊接法

電子束焊接法將高能電子束作為加工熱源,用高能量密度的電子束轟擊焊件接頭處的金屬,使其快速熔融,然後迅速冷卻。這種方法可以形成高密度的表麵合金膜,改善一些材料的表麵敏感特性。低能量的強流電子束在可靠性,高效率,低成本,低X射線輻射等方麵優於脈衝激光器和高功率離子束源。美國NASA采用強流脈衝電子束對熱障塗層多層係統中的NiCoCrAlY塗層進行改性,使其結構致密,保護基體抗氧化,對熱障塗層的穩定性起著關鍵作用。

二、激光表麵合金化

激光表麵合金化利用高能密度的激光束快速加熱熔化,使基材表層和添加的合金元素熔化混合,從而形成以原基材為基的新表麵合金層。激光表麵合金化廣泛適用於材料的表麵改性,提高金屬合金的腐蝕性能和耐磨性。激光加工可以在合金的表麵摻入硬質顆粒,使這些顆粒在熔融基底溶解,改變其冶金結構和性質。實驗表明,經過激光處理的塗層表麵光滑平整、無裂紋,硬度高,且耐腐蝕性能獲得大幅提升。激光表麵硬化技術在模具中的應用

三、物理氣相沉積。

物理氣相沉積技術是在真空條件下,將材料源氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子,在基體表麵沉積成具有某種特殊功能的薄膜。物理氣相沉積塗層具有低摩擦、高耐磨和耐氧化性能,可以有效提高合金的耐磨損和抗腐蝕特性。例如,采用物理氣相沉積在Ni-P塗層上複合CrN,既降低了磨損率,又兼顧塗層的耐蝕性能。

四、化學氣相沉積

化學氣相沉積是反應物質在氣態條件下發生化學反應,生成固態物質沉積在加熱的固態基體表麵。化學氣相沉積被應用於Ni基超合金的製備,例如,在Ni基上製備β-NiAl金屬粘結塗層。

五、電鍍

電鍍已經成功利用電鍍法生產了眾多的納米結構金屬、合金以及金屬基複合塗層。常規方法難以製備的低熔點揮發性金屬與高熔點金屬的合金,可以通過電鍍來實現。電鍍能使本身不能從水溶液還原的金屬,與鐵族元素以共沉積方式獲得鎳基三元合金塗層。

總的來說,對於不同的應用場合應采用不同的製備工藝:電子束焊接法適用於高密度的鎳基塗層;激光表麵合金化適用於鎳基複合硬質第二相顆粒的塗層,提高耐磨性;物理氣相沉積適用於功能性薄膜的製備,無汙染;化學氣相沉積適用於形狀複雜結構的塗層製備,覆蓋性好,純度高,控製精準;電鍍使用於大麵積塗層製備,操作容易,能耗較低。傳統微焊接技術的優缺點

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