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激光表面合金化制备镍基涂层

浪起激光2015-06-124143

 镍基涂层是以镍为基体,复合其他金属、非金属或硬质相颗粒的合金体系。镍基涂层由于其优异的耐腐蚀性能可应用在超大规模集成设备、微机电系统、模内镶件、磁头、内燃机汽缸、钟表机芯和石油容器涂层等方面。在实际应用中,需要根据主要性能要求和材料属性优化选择制备方式。
一、电子束焊接法
电子束焊接法将高能电子束作为加工热源,用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属,使其快速熔融,然后迅速冷却。这种方法可以形成高密度的表面合金膜,改善一些材料的表面敏感特性。低能量的强流电子束在可靠性,高效率,低成本,低X射线辐射等方面优于脉冲激光器和高功率离子束源。美国NASA采用强流脉冲电子束对热障涂层多层系统中的NiCoCrAlY涂层进行改性,使其结构致密,保护基体抗氧化,对热障涂层的稳定性起着关键作用。
二、激光表面合金化
激光表面合金化利用高能密度的激光束快速加热熔化,使基材表层和添加的合金元素熔化混合,从而形成以原基材为基的新表面合金层。激光表面合金化广泛适用于材料的表面改性,提高金属合金的腐蚀性能和耐磨性。激光加工可以在合金的表面掺入硬质颗粒,使这些颗粒在熔融基底溶解,改变其冶金结构和性质。实验表明,经过激光处理的涂层表面光滑平整、无裂纹,硬度高,且耐腐蚀性能获得大幅提升。激光表面硬化技术在模具中的应用
三、物理气相沉积。
物理气相沉积技术是在真空条件下,将材料源气化成气态原子、分子或部分电离成离子,在基体表面沉积成具有某种特殊功能的薄膜。物理气相沉积涂层具有低摩擦、高耐磨和耐氧化性能,可以有效提高合金的耐磨损和抗腐蚀特性。例如,采用物理气相沉积在Ni-P涂层上复合CrN,既降低了磨损率,又兼顾涂层的耐蚀性能。
四、化学气相沉积
化学气相沉积是反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面。化学气相沉积被应用于Ni基超合金的制备,例如,在Ni基上制备β-NiAl金属粘结涂层。
五、电镀
电镀已经成功利用电镀法生产了众多的纳米结构金属、合金以及金属基复合涂层。常规方法难以制备的低熔点挥发性金属与高熔点金属的合金,可以通过电镀来实现。电镀能使本身不能从水溶液还原的金属,与铁族元素以共沉积方式获得镍基三元合金涂层。
总的来说,对于不同的应用场合应采用不同的制备工艺:电子束焊接法适用于高密度的镍基涂层;激光表面合金化适用于镍基复合硬质第二相颗粒的涂层,提高耐磨性;物理气相沉积适用于功能性薄膜的制备,无污染;化学气相沉积适用于形状复杂结构的涂层制备,覆盖性好,纯度高,控制精准;电镀使用于大面积涂层制备,操作容易,能耗较低。传统微焊接技术的优缺点

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