レーザー積層造形法によるNi基合金コーティングの微細構造と特性に関する研究の進展

著者：秀虎、米国法、李磊など。出典：特別鋳造

レーザー積層造形技術（3Dプリント）は、3次元モデリング、デジタルデータ処理、3次元モデル構築に基づく3次元高速製造技術です。その基本原理は、レーザービームを材料形成領域にスキャンして材料を溶かしたり、クラッディング粉末を溶かして規則的またはターゲット形状の瞬間溶融プールを形成したりすることです。最終的には、層ごとに覆い、蓄積することで3次元部品を形成します。レーザークラッディングは、レーザー積層造形技術の表面修復および修正技術の1つです。現在、レーザー積層造形技術には、主に電子ビーム溶融技術、選択的レーザー焼結技術、選択的熱焼結技術、選択的レーザー溶融堆積技術、直接金属レーザー焼結レーザー溶融堆積技術が含まれます。金属構造部品に最も一般的に使用されているレーザー積層造形技術は、粉末床敷設法による選択的レーザー溶融（SLM）技術と、同期粉末供給法によるレーザー溶融堆積（LMD）技術です。 SLM 技術と LMD 技術の特徴と適用対象はまったく異なります。SLM 技術は高精度で高密度に形成された部品を備えていますが、プレレイド基板のサイズによって制限されやすいため、小ロット生産や小型精密デバイスの迅速な製造に適しています。LMD 技術のレーザーエネルギーは比較的大きいです。金属粉末をレーザービームに直接噴霧して溶融および堆積させます。通常は 5 軸 CNC が使用されます。大型、多材料、多角度部品の高性能な修理と迅速な製造を実現できます。ただし、粉末粒子のサイズが大きいと、材料表面の粗さが大きくなります。大面積、大容量の鋳造品の直接成形に適しています。現在、高温ニッケル基合金のレーザークラッディング表面改質では、主に SLM 技術と LMD 技術が採用されています。

金属レーザー積層造形技術は、設計の自由度、金型不要、迅速、完全高密度、ニアネットシェイプの特性により、複雑で高性能な金属構造部品の迅速な製造に使用されています。また、基板表面のレーザークラッディングにも使用され、合金化によって欠陥を修復し、表面特性を改善します[1-3]。近年、レーザークラッディングによる表面改質に関する研究がますます増えています。Niをマトリックスとするニッケル基高温合金は、優れた機械的特性と高温での良好な組織安定性を示します。ニッケル基合金のレーザークラッディング層は、関連する研究分野でホットな話題となっています。現在、ニッケル基合金のレーザークラッディングは、鍛造品の総合的な機械的特性に達するか、それを超えることができますが、元素の偏析、亀裂、穴、残留応力などの特定の欠陥が合金内部に頻繁に現れます。したがって、レーザークラッディング技術に基づいて、プロセスパラメータの改善、改善された要素の追加、および補助処理によって、ニッケル基合金のレーザークラッディング層の性能をある程度最適化する必要があります。さらに、冶金設備の前部コイル側ガイド、プラグ、コアロッドなどの一部の過酷な使用条件下では、高温と高速摩擦に同時に耐える必要があるため、材料の表面損失が非常に大きくなります。したがって、より高い作業要件を満たすために、レーザークラッディングニッケル基合金の高温耐摩耗性をさらに研究して改善する必要があります。

河南工科大学は、上海電力研究所材料科学工学学院、上海金波レーザーテクノロジー株式会社と共同で、2023年に発行される『特殊鋳造および非鉄合金』第43巻第12号に「レーザークラッドNi基合金コーティングの微細構造と特性の研究進捗」と題する論文を発表しました。論文では、ニッケル基合金は耐高温性と耐クリープ性に優れているため、さまざまな高性能な複雑な構造部品の迅速な修理や表面改質のための高性能レーザークラッディング材料として広く使用されていると指摘しています。レーザー積層造形法で製造されたニッケル基合金の表面は硬度と耐高温性に優れていますが、過酷な使用条件下で高温・高速摩擦を受けると、クラッド層の表面損失は依然として非常に大きくなります。そのため、ニッケル基合金クラッド層の耐高温摩耗性をさらに向上させ、最適化する必要があります。ニッケル基合金レーザークラッディング層の耐高温摩耗性に関する研究の現状を、レーザークラッディングプロセスパラメータ、合金元素含有量、強化相、自己潤滑相、補助処理の観点から包括的に説明し、直面する主な困難を分析し、改善策と展望を提案します。

ニッケル基合金クラッド層に対するプロセスパラメータの影響<br /> レーザークラッディングの主なプロセスパラメータは、レーザー出力、スキャン速度、オーバーラップ率、粉末供給速度、スポットサイズです。これらのパラメータの組み合わせにより、クラッディング層の幾何学的特性が決定され、クラッディング層の温度場、応力場、内部構造の変化にさまざまな影響を及ぼし、クラッディング層の粒径、相組成、硬度、耐摩耗性にさまざまな影響を及ぼします。プロセスパラメータがクラッディング層に与える影響は、有限要素解析と数値シミュレーション設計検証、単一変数の変更による実験比較、プロセスパラメータとクラッディング層の幾何学的特性または希釈率との関係の統計的確立を通じて検証できます。

NIE Pらは、流体力学、有限要素解析、数値シミュレーションを使用して、クラッディング層の凝固構造、およびクラッディング層の凝固構造と粉末サイズ、レーザー出力、レーザースキャン速度などのプロセスパラメータとの関係を予測しました。レーザー出力とレーザースキャン速度が一定の割合で同時に増加すると、粉末粒子サイズが冷却速度と二次デンドライトアーム間隔に与える影響が弱まることがわかりました。この研究は、レーザークラッディングをより包括的に理解するのに役立ち、ニッケル基高温合金のレーザークラッディング層の微細構造を制御するための理論的根拠を提供します。他の研究者たちは、ニッケル基合金クラッド層のレーザープロセスパラメータを変更して実験比較を行い、いくつかの具体的な実験結果を得ました。YU SFらは、レーザープロセスパラメータがニッケル基合金クラッド層に与える影響を研究し、レーザー出力が2.0kW、粉末供給速度が15g/分、レーザースキャン速度が4mm/秒の場合、ニッケル基合金クラッド層は基板と良好な冶金結合を示し、クラッド層の粒径は良好で希釈率が低いことを発見しました。 CAI ZBらは、Ni-Cr-Co-Ti-V高エントロピー合金コーティングを開発したところ、レーザー出力が1kW、レーザースポット径が3mm、レーザー速度が10mm/sのとき、レーザー再溶融後にチタンリッチ相の体積分率が大幅に増加することを発見しました。マイクロ硬度は最大 900 HV。ニッケル系コーティングの耐摩耗性と耐腐食性を向上させるために、LEI JBらはレーザークラッディングを使用して炭素繊維強化ニッケル系複合コーティングを作製しました。レーザースキャン速度の増加に伴い、複合コーティング内の炭素繊維の形態がより完全になり、複合コーティングの耐腐食性と耐摩耗性が向上することがわかりました。レーザースキャン速度が8 mm / sで、レーザー出力が2.4 kWのとき、クラッディング層の硬度と耐摩耗性は最高でした。 LI RFらは、ニッケル基アモルファス合金のレーザークラッディングにおいて、一定の範囲内で、レーザー走査速度の増加とともに硬度と耐摩耗性も増加することを発見した。レーザー走査速度が8mm/s、レーザー出力が800Wのとき、クラッディング層の硬度と耐摩耗性は最大に達した。

レーザークラッディングプロセスパラメータがニッケル基合金クラッディング層に与える影響はある程度似ていますが、研究対象が異なり、レーザー出力などの変数要因が複数あるため、プロセスパラメータが合金コーティングに及ぼす具体的な影響を定期的に調査することは不可能です。しかし、クラッド層に対するレーザープロセスパラメータの影響は、溶融池内の希釈率やクラッド層の幾何学的形状を変化させることで、間接的にクラッド層の性能に影響を与えることが多い。したがって、クラッド層の幾何学的特性と希釈率に対するレーザープロセスパラメータの線形特性フィッティングを研究することで、レーザープロセスパラメータがクラッド層の性能に与える影響を把握することができる。 CAO Qらは、レーザー出力はニッケル基合金クラッド層の高さ、幅、希釈率と正の相関関係にあるが、スキャン速度はクラッド層の高さと幅と負の相関関係にあり、希釈率と正の相関関係にあることを発見した。また、粉末供給速度はクラッド層の高さと正の相関関係にあり、クラッド層の幅と希釈率と負の相関関係にあることを発見した。この発見は、クラッド層の品質をさらに効果的に制御するための理論的根拠を提供する。

ニッケル基合金被覆層に対する添加剤の影響<br /> ニッケル基高温合金は、優れた性能を持つレーザークラッディング材料です。優れた耐酸化性、耐疲労性、耐クリープ性、耐腐食性の総合的な特性を満たすために、通常、Al、Ti、Zr、Nb、Mo、Co、Cなどの固溶強化元素が合金粉末に添加されます。添加される微量元素の種類と含有量は、ニッケル基合金被覆層の性能に大きな影響を与えます。添加元素の種類と含有量を変えることで、被覆層の硬度と耐摩耗性を大幅に向上させることができます。

ほとんどの場合、ニッケル基合金のクラッド層は温度が上昇するにつれて合金表面で酸化され、耐摩耗性が低下します。レーザークラッディングで作製されたNi3Si合金の高温耐摩耗性を研究したところ、KRELL Jらは、Tiの添加によりNi3Si合金の耐酸化性は低下するものの、Tiの添加によりその摩擦特性が向上することを発見しました。Ti含有量の増加に伴い、高温でのクラッド層の摩耗メカニズムが変化し、耐摩耗性が向上しました。 CHEN YKらはレーザークラッディング法を用いて、Ti元素を添加したニッケル基合金クラッディング層を作製した。結果は、Ti の添加により、元の Ni60-20WC コーティング内で Cr5B3 と M23C6 の 2 種類の硬質炭化物がその場で生成され、WC が溶解して TiC 粒子が生成され、分散した TiC 粒子でネットワーク構造が形成され、ブロック状の Cr5B3 粒子が組織内に均一に分散され、コーティングの硬度が大幅に向上することを示しています。ダクタイル鋳鉄のニッケル基複合コーティングの総合性能を向上させるために、Jiang Zhiqiuらはレーザークラッディングニッケル基合金粉末に異なる量のAlを添加した。その結果、Al含有量が6％のときにコーティングの耐摩耗性が最も顕著に向上し、Al含有量が8％のときに850℃の高温で耐酸化性が最も強くなることがわかった。 Nb はニッケル基合金の結晶粒の微細化を促進し、気孔や亀裂などの欠陥の発生を減らし、クラッディング工程中に溶融物中の C と反応して NbC 強化相をその場で生成することができます。NbC は硬度と融点が高いという特徴があります。 DONG Gらは、レーザークラッディング法を用いて、異なるNb含有量のニッケル基合金をAISI1045炭素鋼にクラッディングしました。その結果、Nbの添加により、Ni基合金クラッディング層にNbC粒子とM23C6炭化物が析出し、ニオブ含有量の増加とともにコーティングの微小硬度と耐摩耗性が向上することが示されました。 Zhang Weiらはニッケル基合金にV元素を添加した。その結果、V元素の増加に伴い、コーティング内でその場で生成されるVCが増加し、耐摩耗性が向上することが示された。 Yong Yaowei は、反応モル比に従って二酸化ジルコニウムとグラファイトを混合し、Ni25、Ni45、Ni60 に Zr 元素を追加することで、その場で自己生成された ZrC 粒子を含む 3 種類のニッケルベースの複合コーティング、すなわち ZrC/Ni25、ZrC/Ni45、ZrC/Ni60 を成功裏に製造しました。コーティングでは、C が ZrO2 と反応して ZrC を生成します。その場で生成された ZrC は、微細構造を微細化するだけでなく、粗大な M7C3 炭化物と γ-Ni+M23C6 の継続的な成長を防ぎ、微細構造の安定性を向上させ、耐摩耗性を高めます。

微量元素を添加すると、固溶強化、酸化防止、摩耗メカニズムの変更、粒子の微細化による亀裂発生の低減、強化相の溶解促進による新しい強化相の生成などを通じて、ニッケルベースコーティングの性能を変えることができます。さまざまな状況に応じて適切な元素と含有量を選択し、耐高温摩耗性ニッケルベース複合コーティングを調製できます。

ニッケル基合金被覆層に硬質相を追加すると、一般的に 2 つの効果があります。1 つは、ニッケル基合金粉末に硬質粒子を直接追加することです。硬質相粒子のほとんどは被覆プロセス中に溶融せず、被覆層の性能を向上させる強化相として直接機能します。もう 1 つは、核形成と結晶粒微細化を促進したり、新しい強化相を生成したりして、コーティングを強化する遷移相として機能することです。ニッケル基合金クラッド層に一般的に添加される硬質相粒子には、金属炭化物セラミックスと金属酸化物セラミックスがあります。

WC は、ニッケルベースの複合コーティングを調製するために直接添加される最も一般的に使用される硬質相です。WC はニッケルベースの合金と良好な冶金結合を持つことができ、良好な冶金特性を持つ複合コーティングを調製することができます。ニッケルコーティングされた WC を使用すると、コーティング内に WC が均一に分散され、コーティングの耐摩耗性が向上します。WC は、強化相として使用して微量元素をさらに添加し、耐摩耗性を向上させたニッケルベースの複合コーティングを調製することもできます。 FU FXらは、2Cr13鋼の表面にWCを添加したニッケル基合金クラッド層を作製しました。その結果、合金粉末中のWC含有量が20％の場合、合金コーティングは優れた硬度、耐摩耗性、耐侵食性を備え、機器の耐用年数を効果的に延ばすことができることがわかりました。 WANG KMらは、Q235鋼の表面にレーザークラッディングNi60A/WC複合コーティングを作製しました。その結果、WC粒子が部分的に溶解し、他の元素と反応して共晶を形成することがわかりました。共晶はブロック、ストリップ、球の形で存在し、硬度と耐摩耗性が向上しました。 YU SFらは、ニッケル基合金の摩擦および摩耗特性に対するNbC添加の影響を研究し、NbC添加が6%に達するとクラッド層の摩耗が最小になり、耐摩耗性が最高になることを発見しました。 TIAN AWらは、ニッケルベースの粉末にNb2O5を添加し、レーザークラッディング技術を使用してA35鋼の表面にクラッディング実験を行った。その結果、Nb2O5含有量が15重量％の場合、コーティング粒子が微細化され、冶金結合が良好になり、耐摩耗性が2倍になることがわかった。 CHAO MJ らは、ニッケルベースの複合コーティングに対する TiO2 ドーピングの効果を研究しました。その結果、TiO2 の添加により、その場で TiB2 と TiC がより多く生成され、核生成サイト数が増加し、核生成速度が向上し、硬質相が増加し、粒子と構造が微細化され、耐摩耗性が向上することが示されました。 Sahoo CKらは、ニッケル基合金粉末にTiCを添加し、レーザークラッディング技術を使用して鋼鉄上にニッケル基合金クラッディング層を作製しました（図1参照）。その結果、TiCの添加によりクラッディング層に良好な冶金結合がもたらされるだけでなく、クラッディング層内のTiCと、新たに生成されたNiやTiなどの金属間化合物によってクラッディング層の耐摩耗性が大幅に向上することが示されました。 LIU Yらは、NiFeBSiニッケル基合金粉末にSiCを添加し、レーザークラッディング技術を用いてNiFeBSiと同じ形態のニッケル基複合コーティングを得た。SiCの添加により、γ（Fe、Ni）デンドライト間にさまざまな種類の炭化物が現れ、クラッディング層の硬度と耐摩耗性が大幅に向上した。

図1 TiC-Niコーティングの微細構造分布の高倍率FESEM画像。ニッケル基合金粉末に硬質粒子を添加すると、レーザークラッディング層の硬度と耐摩耗性が向上します。主に次の原理があります。①硬質粒子はクラッディング層と良好な冶金結合を持ち、マトリックス内に硬質相として直接分布して強度を高め、耐摩耗性を向上させます。 ②金属酸化物の添加は、結晶粒の微細化、冶金結合の強化、空隙亀裂の発生の低減に効果があることが多い。 ③ 硬質相はレーザー溶融池の冶金反応に関与し、その結果、コーティング内に新しい炭化物やその他の強化相がその場で生成され、結晶に拡散して硬度と耐摩耗性が向上します {Sahoo、2017 #90;Liu、2012 #33;Chao、2004 #85}。

材料の摩擦と摩耗率を減らすには、自己潤滑によって摩耗低減と耐摩耗性の効果を達成するのが最善の方法です。潤滑とは、潤滑効果のあるフィルム層を使用して、相対的に運動している2つの表面を分離し、物体が摩擦中に接触を減らして材料の損失を減らすという目的を達成することです。自己潤滑相を追加することで、ニッケル基合金の摩耗低減効果もニッケル基合金コーティングの耐摩耗性を高める重要な方法です。自己潤滑相として一般的に使用される材料には、軟質金属、グラファイト、炭素コーティング合金、硫化物などがあります。

TORRES Hらはレーザークラッディング法を用いてAuやAgなどの異なる軟質金属固体潤滑剤を遷移金属二ハロゲン化物化合物（WS2、MoS2）で包み、ニッケル基複合コーティングに添加することで組織内に均一に分散させ、室温から600℃の範囲で耐摩耗性が向上したニッケル基複合コーティングを実現した。馬超らはレーザークラッディング技術を用いて、40CrNi2Si2MoV鋼の表面にニッケル被覆グラファイトの含有量が異なるニッケルベースの複合コーティングを作製した（図2参照）。結果は、ニッケル被覆グラファイトの含有量が増加するにつれて、被覆層の構造が徐々に細かくなり、グラファイト相が出現することを示した。ニッケル被覆グラファイトが6％のとき、良好な耐摩耗性を示した。 LI MYらはレーザークラッディング技術を使用し、イオン浸透によって硫黄を添加してニッケル基合金クラッディング層の表面にFeS自己潤滑相を形成し、摩耗低減効果を達成しました。結果は、FeSの効果により、複合クラッディング層の摩擦係数と摩耗量が減少したことを示しました。 Zhu Rらはレーザークラッディング技術を用いて、インコネル625合金基板上にニッケルベースの自己潤滑コーティングNiCrAlY/Ag2O/Ta2O5を作製した。その結果、室温ではAgが主な潤滑作用を果たし、350℃ではNiOとAgが協働して潤滑することが明らかになった。550℃ではAgは潤滑効果を失い、NiOとCrO2によって形成された耐摩耗性釉薬層がクラッディング層の主な潤滑作用を果たし、高温での耐摩耗性が大幅に向上した。 LU LXらは、レーザークラッディングによりTi6Al4V基板上に異なる六方晶窒化ホウ素（hBN）含有量のNi60-hBN複合コーティングを作製しました。結果は、コーティングの耐摩耗性と潤滑性がhBN含有量の増加とともに増加することを示しました。Ni60-10％hBNコーティングは、高温（300℃および600℃）で優れた摩擦挙動を示しました。 LIU XBらは、レーザークラッディングによりNiCr-Cr3C2ニッケル基合金粉末にWS2自己潤滑性粉末を添加し、電気めっきカプセル化によりWS2の分解を防止した。その結果、WS2含有量が30％の場合、コーティングは300℃～600℃の範囲で良好な潤滑性と耐摩耗性を示した。

図2 異なるニッケル被覆グラファイト含有量を持つ複合コーティングにおけるグラファイトの分布 (a) 6.0% ニッケル被覆グラファイト、(b) 10.0% ニッケル被覆グラファイト、(c) 14.0% ニッケル被覆グラファイト、(d) 元のニッケル被覆グラファイト粒子。クラッド層の摩耗を減らす目的を達成するために自己潤滑相を追加するには、主に 2 つの形式があります。① 軟質金属やグラファイトなどの追加された自己潤滑相は組織内に均一に分散されているため、クラッド層全体の組織は優れた安定性と潤滑性を備えています。 ②硫化物、非金属等の物質を添加し、物理的、化学的結合によりクラッド層の表面に潤滑層と耐摩耗性釉薬層を形成し、摩耗低減と耐摩耗性の目的を達成します。自己潤滑による耐摩耗性の向上は、低温および中温では優れた耐摩耗性を実現することがよくありますが、高温（600°C 以上）での自己潤滑段階では、耐摩耗釉薬層がさまざまな程度に分解し、耐摩耗メカニズムが変化して摩耗率が上昇し、耐摩耗性が悪化します。そのため、高温耐摩耗性自己潤滑性および摩擦低減材料システムをさらに開発する必要があります。

希土類元素は「産業のビタミン」と呼ばれています。ニッケル基合金粉末に希土類元素を添加すると、被覆層の性能が大幅に向上します。その主な機能は、粒径を微細化し、亀裂、欠陥、気孔を減らし、被覆マトリックスの希釈率を下げ、耐酸化性を向上させ、被覆層の冶金結合能力を向上させることです。

NING Zらは、Ni60合金粉末とLa2O3を混合し、レーザークラッディング法を用いて、30CrMnSiNi2A基板上に希土類元素（Re、La2O3）を添加したニッケル系複合コーティングを作製した。その結果、Laがデンドライト間に偏析し、二次デンドライトの粗大化を抑制し、クラッディング層の表面構造を微細化し、クラッディング層の亀裂や気孔を大幅に減少させ、クラッディング層の耐摩耗性を大幅に向上させることがわかった。 ZHANG GYらは、Ni60合金粉末に希土類元素CeO2を添加し、レーザークラッディングにより6063-Al上にニッケル基合金クラッディング層を作製した。その結果、CeO2含有量が5wt.%の場合、Ni60クラッディング層の構造と形態が改善され、特にクラッディング層の表面の亀裂や気孔が減少し、クラッディング層の耐摩耗性が向上することが示された。 WANG Cらも、6063-Alの表面に異なる希土類元素含有量のニッケル基合金クラッド層を作製しました。その結果、4%のCeO2、5%のLa2O3、5%のY2O3を添加したNi60クラッド層は、Ni60クラッド層よりも優れた形態特性を持ち、気孔と亀裂が大幅に減少していることが示されました。クラッド層の硬度はクラッド層の深さとともに徐々に低下し、希土類元素の添加によりクラッド層の希釈が増加しました。 CAI Yらは、レーザークラッディングにより、Cr12MoV鋼の表面に異なるCeO2含有量のTi/Ni複合コーティングを作製しました（図3を参照）。結果は、クラッディング層が底部から表面にかけて柱状結晶、細胞状結晶、および等軸結晶であることを示しました。適切な希土類元素はクラッディング層構造を微細化し、表面により多くのTiC粒子を析出させ、それによって表面の耐摩耗性を向上させました。過剰な希土類元素は粒界を汚染し、TiC粒子の過剰な燃焼を引き起こし、それによってクラッディング層の耐摩耗性が低下します。

図3 異なる希土類元素含有量の複合コーティングの界面 (a) 0%、(b) 2%、(c) 4%、(d) 6%
希土類元素がクラッド層に与える影響には、主に以下の特徴があります。①希土類元素の添加は新しい相を生成しませんが、デンドライトの成長に重要な影響を与えます。分散した希土類元素は粒界を固定して成長させ、偏析を生成し、等軸結晶の数を増やし、それによって微細粒強化を実現します。 ②クラッド層の粒子に対する希土類の感受性は、上部から深部にかけて弱くなります。クラッド層の上部の粒子は最も細かく、コーティング表面はより緻密で、耐摩耗性と硬度は最も優れています。 ③希土類元素のもう一つの大きな働きは、合金の粒界を浄化し、被覆層中のリンや硫黄などの不溶性化合物を吸着し、被覆層中の欠陥の形成を減らすことですが、過剰に添加すると粒界が焼けてしまいます。

ニッケル基合金コーティングに対する補助処理の効果<br /> 補助処理を施さないクラッディング層には、大きな残留応力、亀裂、気孔などが生じることが多い。適切な補助処理を施すことで、欠陥の発生を抑えるだけでなく、クラッディング層の性能を最適化することもできる。レーザークラッディングの発展とクラッディング部品の性能に対する要求に伴い、レーザークラッディングニッケル基合金の補助処理に関する研究も深まっている。ニッケル基合金クラッディング層の一般的な補助処理方法には、熱処理、電磁場、超音波などの手段がある。

FERREIRA AAらは、基板の予熱がニッケル基合金被覆層に与える影響を研究しました。その結果、基板を300℃に予熱すると、ニッケル基合金被覆層と基板の界面領域に大きな影響を与え、被覆層における有害なラーベス相の形成を減らし、コーティング構造をより均一にすることが示されました。 GONG FBらは、レーザークラッディングによりFV520B鋼の表面にFeCrNi合金クラッディング層を作製し、ニッケル基合金に対する熱処理の影響を研究した。その結果、1073〜1273 Kでの熱処理プロセス中に、二次焼入れによりマトリックス材料の結晶粒が微細化され、クラッディング層とマトリックスが結合した硬くて柔らかい領域が効果的に除去されたことが示された。熱処理温度が1073 Kのとき、クラッディング層は最大の引張強度を得たが、ある程度は耐摩耗性にも影響を与えた。 DURGE Gらは、AISI410ステンレス鋼の表面にNiCrBSi合金コーティングをクラッドし、625℃で1.5時間熱処理しました。その結果、熱処理後のNiCrBSiクラッド層の硬度は約1/3増加し、熱処理プロセス中にコーティング内に追加のホウ化物と炭化物の析出物が形成され、耐摩耗性も大幅に向上しました。

強化相を増やすことなくニッケル基合金クラッド層の性能を最適化するために、YAO FPらは、異なる周波数の超音波補助を使用してニッケル基合金クラッド層を処理し、摩擦摩耗試験機を使用してクラッド層の硬度と摩擦摩耗をテストしました。実験では、適度な超音波周波数がクラッド層の構造を大幅に改良し、クラッド層の硬度と耐摩耗性を大幅に向上させ、クラッド層に良好な微粒子があることが示されました。 HU GFらは、ニッケル基合金クラッド層に電磁気と超音波の補助処理を革新的に重ね合わせ、有限要素解析を使用してクラッド場流体の補助影響をシミュレートしました（図4を参照）。シミュレーション結果によると、音響流は溶融池のマクロ的な動きを変え、電磁場は溶融池の対流を強めます。実験結果によると、補助場の追加により構造が微細化され、内部の元素偏析が均一になります。溶融池の対流が強まるため、元素偏析が抑制され、デンドライトの成長が破壊され、構造がさらに微細化されます。補助場のないクラッド層と比較して、硬度と耐摩耗性が大幅に向上します。

図4 複合場処理によるニッケル基合金クラッド層の表面微細構造。単一の補助場であっても複合場であっても、ニッケル基合金クラッド層の微細構造と特性を制御できます。主な作用メカニズムは、次の2つに分けられます。 ① 基板を予熱処理して冶金結合を高め、クラッド層の耐亀裂性を向上させ、レーザークラッド加工性を向上させます。 ②後熱処理、焼鈍処理により応力集中を解消し、時効強化を行い、クラッド層の組織構造を改善し、硬度と耐摩耗性を向上させます。 ultrasundy超音波と電磁場の支援により、溶融プール液の対流が増加し、樹状突起の破損が生成され、構造をより均一にし、穀物を精製し、硬度と耐摩耗性を高めます。

結論と見通し（1）ニッケルベースの合金層に対するレーザープロセスパラメーターは、異なる合金組成と複雑で可変的な制御可能な量のために標準的な参照を持っていません。

（2）微量元素、合金コンポーネント、および希土類元素は、ニッケルベースの合金に補完的な効果を持ち、しばしば穀物洗練、樹状突起分離、固形溶液の強化などの単一または組み合わせの効果を介してクラッド層の性能を改善します。。クラッディング層に対する相対添加の効果はすでに非常に成熟していますが、ニッケルベースの合金被覆層の高温、高速摩擦、重度の腐食に対する抵抗を改善するには、さらなる研究がまだ必要です。

（3）自己潤滑相の添加により、ニッケルベースの合金被覆層の摩耗メカニズムが変化します。

（4）補助処理は、ニッケルベースの合金層の構造の洗練と、残留ストレスと欠陥の除去に重要な影響を与えることができますが、ニッケルベースの合金クラド層の補助処理に関する研究は比較的少ない。

ニッケルベースの合金層の高温耐摩耗性に関する研究は、特定の要素の強化、自己溶解摩耗、および補助的な補助補助剤の補助補助剤の耐摩耗性を促進する多面的な最適化の多面的なパラメーターの点で、できるだけ早く標準化できます。

レーザー積層造形法によるNi基合金コーティングの微細構造と特性に関する研究の進展

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ファルスーン氏との独占インタビュー：1社の顧客が数十台の金属3Dプリンターを構成、量産が加速

グルメな皆さん、チューインガムも 3D プリントできるようになりました!