钛合金表面激光熔覆Ti C复合涂层的设计

钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点, 但其硬度低、耐磨性能差, 限制了它在航空工程摩擦构件和生物医学工程上的应用。研究自行设计了3种预涂粉层的成分, 采用HL-5000型横流CO2激光加工机在TC4钛合金表面相应地制备了TiC+Ti、 TiC+Ti+ F102和TiC+ F102 3种熔覆层。通过SEM, EDAX, XRD, HXD-1000TMC型显微硬度计, HT-600型高温摩擦磨损试验机, 分析了熔覆层的显微组织、成分、物相, 测试了激光熔覆层的显微硬度和滑动摩擦磨损性能。结果表明: (TiC+Ti+ F102)和(TiC+ F102)熔覆层有可能用于航空结构材料;而(TiC+Ti)熔覆层有希望用于生物医学功能材料, 但仍需作进一步的研究。     

钛合金表面激光熔覆原位制备TiC/Ti2Ni复合涂层微观组织及性能研究

为了有效改善Ti811合金表面硬度及耐磨性能,利用同轴送粉法在Ti811表面制备了激光熔覆复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、场发射电子探针显微镜(EPMA)、维氏硬度计及摩擦磨损试验机,系统地分析并研究了涂层的物相组成、微观组织、元素分布、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明:涂层生成相主要包括α-Ti固溶体、陶瓷增强相TiB₂和TiC及金属间化合物Ti₂Ni。涂层显微硬度的提高主要归功于弥散强化及固溶强化效应,最高可达902 HV,较基材显微硬度提高了2.37倍。涂层的磨损体积较基材下降了约27.9%,摩擦系数稳定在0.38～0.42,磨损机理主要为黏着磨损和轻微的磨粒磨损,具有优异的耐磨性能。     

Y2O3对钛合金表面激光熔覆TiC复合涂层组织和耐磨性能的影响

采用HL-5000型横流CO2激光加工机,通过加入适量的稀土氧化物Y2O3在TC4钛合金表面制备了表面较平整、较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的TiC复合涂层.研究了稀土氧化物Y2O3对激光熔覆层的显微组织、物相、显微硬度和滑动摩擦磨损性能的影响.结果表明:在本文所述的试验条件下,在熔覆层中添加稀土氧化物Y2O3的较佳重量百分比为0.6%,在TC4钛合金表面激光熔覆制备的TiC复合涂层中加入适量的稀土氧化物Y2O3,可有效改善熔覆层的组织和性能.     

钛合金表面NiCrBSi激光熔覆层的组织与耐磨性研究

在 TC4合金表面进行了激光熔覆 Ni Cr BSi涂层的试验 ,结果表明 ,激光熔覆层在微观结构上存在熔覆区、结合区和基体热影响区三个区域。熔覆区的组织是在初晶 γ Ni和 γ Ni、Ni3B、硅化物组成的多元共晶基底上分布着 Ti B2 、Ti C、M2 3( CB) 6等颗粒增强相。结合区是熔覆材料 Ni基合金和基体钛合金的混熔区 ,呈定向凝固特征。基体热影响区为针状马氏体组织。激光熔覆层的耐磨性能比时效硬化的钛合金显著提高 ,磨损机制是剥层磨损和磨粒磨损。     

TA2钛合金表面激光熔覆Ni基Tribaloy 700涂层

为提高钛合金表面强度,采用预置Tribaloy700(T700)合金粉末的方法在TA2钛合金表面进行了激光熔覆制备Ni基T700涂层的研究。研究结果表明,通过激光熔覆能够获得良好的T700合金涂层;涂层中Ti的适量存在能够促进laves相的析出与长大,Ti稀释较小时涂层组织主要为胞状和胞-枝蔓状的奥氏体γNi相,而Ti稀释较大时涂层组织为基体(TiNi γNi相) Laves相;涂层与基材之间有一厚约80~100μm的过渡区。显微硬度测试结果表明,在固溶强化及细晶强化等作用下T700熔覆涂层的显微硬度较常规方法有明显提高,适量的Ti稀释能够进一步提高涂层的硬度。根据Ti稀释程度的不同,涂层的平均硬度值在700~1000HV之间,约比TA2钛合金基材高4~5倍。     

钛合金表面激光熔覆涂层的耐磨性能

为了提高钛合金的表面耐磨性能,采用MXP-2000型销盘式摩擦磨损实验机,以镍包石墨粉末为原材料,利用CO2激光器在TC4合金表面上熔覆耐磨涂层,进行钛合金及激光熔覆涂层的干摩擦磨损实验,并用扫描电镜对磨损表面进行观察和分析。实验结果表明,激光熔覆涂层的摩擦系数为0.56,与钛合金的摩擦系数基本相同,但激光熔覆涂层的磨损失重量比钛合金低接近一个数量级,说明激光熔覆涂层可以大大提高钛合金的表面耐磨性能。TC4合金的磨损机制以粘着磨损为主,激光熔覆涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,涂层的高硬度加上涂层里的TiC增强相是其耐磨性高的主要原因。     

激光熔覆Ni基TiC强化复合涂层中内生TiC颗粒的生长机理

使用Ti粉、C(石墨)粉和Ni粉原位反应内生合成的方法,成功获得了Ni基内生TiC强化复合激光熔覆层.研究发现Ti、C含量对涂层中TiC的大小和形貌有较大的影响.偏晶反应是内生TiC颗粒出现核心的原因.     

激光熔覆TiB2增强Co基合金涂层的组织与性能

为了研究TiB2陶瓷颗粒对激光熔覆Co基合金层的组织及滑动磨损性能的影响,采用5kW CO2连续式激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金层和TiB2/Co金属陶瓷复合涂层。结果表明,TiB2/Co金属陶瓷复合涂层主要由γ-Co,Cr23C6,TiB2,TiC,Co3Ti等物相组成;Co基合金涂层的典型显微组织主要由发达的树枝晶+枝晶亚共晶组织组成,TiB2/Co复合涂层的显微组织主要由“梅花状”枝晶+细小共晶组织组成;TiB2/Co金属陶瓷复合涂层的显微硬度及室温滑动磨损性能明显优于Co基合金涂层。这些结果对激光熔覆金属陶瓷复合涂层相关领域的研究是有帮助的。     

钛合金表面激光熔覆Ni-Ti-Cr-C复合涂层组织结构研究

利用横流CO2激光器在TC4表面制备出原位自生TiC陶瓷颗粒增强Ni基复合材料涂层。XRD分析表明:涂层中存在γ-Ni、β-Ti固溶体及TiC为主的陶瓷相。利用SEM、EDS、EPMA对涂层微区组织结构进行了研究。结果表明:涂层内枝晶组织细小均匀,枝晶内和枝晶间存在明显的组织和成分差异。涂层显微硬度比基体显著提高。     

激光熔覆制备TiC颗粒增强涂层的组织和性能

为了改进TC4 钛合金的耐磨性能,开发具有热应力缓和功能的梯度涂层,在对梯度涂层优化设计的基础上,采用激光熔覆的方法在TC4 钛合金的表面上制备耐磨钛基功能梯度（Ti-FGM）复合涂层,观察了微观组织,测量了Ti-FGM 涂层和基材在大气环境室温下的摩擦磨损性能和显微硬度。结果表明:原位自生的增强相TiC 颗粒均匀分布在梯度功能耐磨熔覆层中,微观组织沿熔覆方向呈现粗大树枝晶到颗粒状晶体的变化。复合涂层硬度呈现梯度上升趋势且涂层顶部表现出较优异的耐磨性能。     

激光原位熔覆制备TiC/TiB硬质陶瓷复合涂层

采用5 kW横流CO2激光器,在TC4钛合金表面熔覆TiC与TiB2混合粉末,制备出了组织细密、无裂纹与气孔的TiC/TiB复合陶瓷涂层.采用扫描电镜(SEM)、能量散射X谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)以及HXD-1000B显微硬度计,分析了熔覆层的显微组织形貌、成分与物相结构,测试了激光熔覆层的显微硬度.结果表明,激光熔覆原位制备的TiC/TiB复合涂层与基体呈冶金结合,熔覆层组织呈现出由表层十字形花瓣状TiC组织到结合区致密小颗粒TiC组织分布变化的特点.同时,熔层中有大量的纤维状TiB组织填充在十字形花瓣状组织与颗粒状组织之间,且纤维组织从熔覆层表层到结合区逐渐增加.熔覆层的显微硬度值最高可达1240 HV0.2,为基体的3.5倍.     

纳米CeO2对激光熔覆Ni基合金层组织与性能的影响

为了研究纳米CeO2颗粒对激光熔覆层的组织和性能的影响,在Q235钢基体上制备了加入不同量纳米CeO2的Ni基合金熔覆层,利用OLMPUS PME-3型光学显微镜,XD-3A型X射线衍射仪,HV-1000型显微硬度计,MM-200型环-块磨损试验机和扫描电镜等对激光熔覆层显微组织、相结构、显微硬度、磨损性能和磨损机理进行了研究。结果表明,在激光熔覆层中添加纳米CeO2能够细化组织,改变凝固组织的形态。当加入质量分数为1.5%的纳米CeO2时,熔覆层凝固组织形态为等轴树枝晶;生成了含Ce的新相Ce2Ni21B6,明显提高了熔覆层的显微硬度和耐磨性;熔覆层磨损由严重磨损转化为轻微磨损。但是加入过量的纳米CeO2,硬度反而降低。     

激光熔覆Ni基SiC合金涂层组织与性能的研究

利用5kWCO2连续波激光器在16Mn钢基材表面对含20%(体积比)SiC陶瓷粉末的镍基自熔性合金粉末进行激光熔覆得到Ni基SiC合金涂层(NiSiC)。研究了合金涂层的组织形貌及相结构,并用单纯的镍基合金涂层(Ni60)进行了显微硬度及滑动磨损性能的对比试验。结果表明,NiSiC合金涂层由γ枝晶及其间的共晶组织组成,主要组成相为γ-Ni,γ-(Ni,Fe)固溶体和(Cr,Fe)7C3,Cr23C6及(Cr,Si)3Ni3Si等化合物。添加SiC的镍基合金涂层NiSiC比单纯的镍基合金涂层Ni60具有较高的硬度和耐磨性。     

TC4表面激光熔覆TiC和TiC-NiCrBSi涂层的微观组织研究

采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备TiC和TiC-NiCrBSi涂层,研究了激光熔覆层的微观组织和硬度。结果表明,在TiC激光熔覆层中,表层(熔覆区)大部分TiC颗粒发生了熔化并以树枝晶形式结晶,底层(稀释区)TiC颗粒向钛合金中溶解并以树枝晶形式沉淀析出。随激光比能的增加,基底钛合金的稀释作用增加,熔覆层的硬度降低。在TiC-NiCrBSi激光熔覆层中,熔覆区中的TiC颗粒向Ni基合金中溶解并以细小的球状颗粒和树枝晶形式沉淀析出,随激光比能的增加,TiC颗粒的溶解程度增加。当TiC颗粒的体积分数超过50%时,TiC颗粒出现偏聚现象。TiC-NiCrBSi激光熔覆层的稀释区是Ni基合金和钛合金的混熔区,呈细小的树枝晶形态。     

Ti-6Al-4V合金基体上激光熔覆Ti+TiC粉末的显微组织

在Ti-6Al-4V合金表面进行了Ti+33%TiC的激光熔覆试验研究。利用SEM分析手段对Ti+33%TiC熔覆层的显微组织进行了分析,阐述了熔覆层的强化机制。显微组织分析表明,Ti-6Al-4V合金表面Ti+33%TiC激光熔覆层的显微组织沿层深方向可分为熔覆区、结合区和热影响区3个区域。熔覆区中的TiC以细小的枝晶形式存在,Ti基体填充在TiC树枝晶的间隙中,起到连接TiC和传递载荷的作用,熔覆层得到明显的强化。     

激光熔覆MoSi2金属硅化物复合材料涂层显微组织

MoSi_2以其高熔点(2030℃)、高使用温度(>1600℃)、良好的导热性和导电性等优良性能,被认为是继镍基高温合金之后极具竞争力的新型高温结构候选材料之一。但是,MoSi_2的低温脆性和中温氧化碎裂(PEST)难以克服。本文以Mo、Si合金粉末为原料,采用激光熔覆技术,在纯镍基材上制成MoSi_2金属硅化物复合材料涂层。分析了涂层的显微组织,测试了涂层的显微硬度。     

激光熔覆NiCoFeCrTi高熵合金涂层及其耐磨性能研究

为了提高45#钢的耐磨性能,采用CO2激光熔覆技术进行了NiCoFeCrTi高熵合金涂层的制备实验。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分别分析了高熵合金熔涂层的物相结构、显微组织和化学成分。结果表明,由于高熵效应,NiCoFeCrTi涂层具有简单的面心立方相结构;在NiCoFeCrTi高熵合金涂层的熔覆层和结合区中未发现微裂纹,说明高熵合金与45#钢基底的冶金结合较好;熔覆涂层的表面显微硬度远远高于基底,维氏硬度可以达到940HV,是基底的3倍;表面熔覆了NiCoFeCrTi高熵合金的45#钢样品的磨损体积损失为5.010-10m3/m,低于45#钢的8.110-10m3/m。激光熔覆技术制备的NiCoFeCrTi高熵合金涂层可以显著提高45#钢耐磨损性能,对涂层应用研究具有较大参考意义。     

机械振动辅助激光重熔Ni基合金TiC复合涂层微观组织研究

采用机械振动辅助激光重熔复合改性工艺在45 钢表面制备了NiCrBSi+TiC 复合涂层。运用扫描电镜（SEM）,能谱仪（EDS）和X 射线衍射（XRD）等表征手段分析了涂层形貌、微观结构和相组成,并测试了复合涂层的显微硬度分布。结果表明:由于受到激光二次扫描和激振力综合作用的影响,基体相由树枝晶向胞状枝晶转变,增强相TiC 等硬质颗粒分布呈现出递增趋势,占选取视场内的面积分数提高约18.2%。Ti 元素扩散趋势减缓,细晶强化和弥散强化作用增强。机械振动激光重熔涂层近结合界面处显微硬度波动减缓,结合区横向显微硬度波动有效改善。     

纯铜表面激光熔覆TiB2/Cu涂层的组织及导电性能

为了满足电磁导轨的使用要求,采用激光熔覆技术在纯铜表面通过预置粉的方式制备了不同成分TiB2/Cu涂层,用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析了涂层的微观结构及相组成。涂层由Cu和TiB2两相组成,当TiB2的质量分数分别为0.02,0.05和0.1时,涂层的显微硬度分别约为95HV0.1,105HV0.1和152HV0.1,电导率为22.9MS/m,20.4MS/m和16.4MS/m。涂层与基体呈良好冶金结合,无裂纹在,TiB2颗粒存在团聚现象,熔覆层组织为外延生长的柱状晶。结果表明,随着TiB2的含量增大,涂层显微硬度升高,涂层的电导率下降。