固溶时效对激光直接沉积Ti6Al4V合金组织和性能的影响

采用激光直接沉积的方式成功制备无冶金缺陷的高质量沉积态样件,研究固溶温度(910～970℃)和时效温度(500～600℃)对沉积态样件的相组成、显微组织和拉伸性能的影响。研究结果表明,沉积态和固溶时效态合金的显微组织均由大量的α-Ti(α)相和少量的β-Ti(β)相构成;另外,随着固溶温度和时效温度的升高,显微组织内的α相由细长的针状转变为短棒状。拉伸性能方面,确定了固溶时效态试样(940℃/1 h/WQ+550℃/4 h/AC、970℃/1 h/WQ+550℃/4 h/AC和940℃/1 h/WQ+600℃/4 h/AC)的拉伸强度指标高于锻件国家标准要求(σ_b≥895 MPa,σ_0.2≥828 MPa,δ≥10%);断口形貌均属于塑性断裂。     

激光微加工对Ti6Al4V表面形貌及润湿性影响的研究

为了在Ti6Al4V表面加工不同的微结构,改变其润湿性,使其表面具有超疏水性,采用纳秒光纤脉冲激光对Ti6Al4V表面进行了微加工,研究了脉冲能量密度和扫描间距对点阵、线阵及网格3种微结构的表面形貌及润湿性的影响,建立了接触角与表面特征参量S_a, S_d的关系。结果表明, 脉冲能量和扫描间距对点阵、线阵及网格结构的表面形貌参量S_a, S_d均有所影响,且对网格结构的S_a和S_d的影响程度最大,线阵结构次之,点阵结构最小;激光加工Ti6Al4V后,其表面皆会发生从超亲水到疏水甚至超疏水的自发转变,不同的脉冲能量、扫描间距加工的微结构均对表面润湿性有不同程度的改善,其中网格结构对表面湿润性的改善最好,线阵次之,点阵最差;网格、线阵、点阵结构的最大及最小接触角分别为165°, 160.5°, 142.4°;132.9°, 97°, 94.6°,具有最大接触角的表面参量S_a, S_d分别为0.97μm, 1.38;1.62μm, 1.04;4.14μm, 2.39。该研究对改善Ti6Al4V表面润湿性具有一定参考意义。     

超音速激光沉积法制备Ni60涂层的显微组织及沉积机理

超音速激光沉积技术(SLD)是一种将激光辐照与冷喷涂相结合的新型涂层制备工艺,因其结合了激光技术和冷喷涂技术的优势,能够沉积冷喷涂难以沉积或不可能沉积的材料。利用超音速激光沉积技术在中碳钢基材上成功制备了Ni60涂层,并采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度测试等手段对涂层的沉积效率、显微组织成分、结合机理以及显微硬度进行了表征分析。研究结果表明:随着激光加热温度升高,涂层沉积厚度增加,表面球型凹坑逐渐减少;Ni60涂层保持了冷喷涂固态沉积的特征,显微组织结构以及相组成与原始粉末相一致;激光加热导致Ni60沉积层与基体间同时存在机械咬合与冶金结合;涂层的平均显微硬度为867 Hv0.3,比原始粉末提高8%~10%,沉积过程产生了冷作硬化。     

光纤激光加工对Ti6Al4V粘接强度影响的研究

为了在Ti6Al4V表面加工不同的微结构,改变其表面形貌,从而提高其粘接接头的强度,采用纳秒光纤脉冲激光对Ti6Al4V表面进行了微加工,研究了脉冲能量和扫描间距对线阵及网格2种微结构的表面形貌及粘接接头强度的影响.结果表明:当脉冲能量和扫描间距相同时,网格结构比线阵结构能获得更大的粗糙度及表面积;激光加工能有效提高T...     

直接激光沉积Ti6Al4V合金疲劳裂纹萌生原位研究

本文运用自主研发的扫描电镜(SEM)原位疲劳测试台,对直接激光沉积(DLD)制备的Ti6Al4V合金开展疲劳实验,研究了其裂纹萌生行为。实验结果表明,在疲劳测试过程中,Ti6Al4V合金微塑性应变累积会导致颈缩,其中滑移是主要的塑性变形方式。通过对变形行为的研究发现,网篮组织和α集束具有不同的织构特征,进而具有不同的变形方式。α集束内晶粒取向一致,滑移带会在集束边界形成,但集束内表现为均匀变形;网篮组织内具有高占比(96%)的高角度晶界,容易导致位错在晶界处塞积并形成滑移带,随着塑性应变累积,微孔及微裂纹沿滑移带边界萌生。同时研究发现小尺寸的表面缺陷(尺寸约为2～3μm)对Ti6Al4V合金疲劳性能影响较小,基本不会引起疲劳裂纹扩展。     

球墨铸铁预处理对表面激光重熔层开裂倾向的影响

对球墨铸铁表面激光重熔过程中的重熔层开裂倾向及影响因素进行了详细的研究,通过对基体分别进行正火、淬火+回火后进行激光表面重熔的对比试验,考察了在相同的激光重熔工艺参数条件下进行表面重熔处理,发现球铁激光重熔处理前的预处理工艺对重熔过程中的重熔层开裂倾向影响很大,试验结果表明预处理可以改变激光重熔时热影响区的大小、相变产物的显微组织形态,从而改变重熔层的相变应力的分布与大小,进而影响到激光重熔层的开裂倾向。为制定球铁激光重熔预处理的最佳工艺规范提供依据。     

脉冲光纤激光抛光Ti6Al4V的实验分析及研究

针对脉冲激光抛光Ti6Al4V过程中参数众多问题,用改进的单因素实验方案简化实验过程,探究激光功率密度、频率和材料初始表面形貌对抛光过程产生的影响,通过表面形貌观察,探究抛光过程中在不同参数下材料表面产生的微观现象及原因;通过能谱分析,探究不同参数下材料表面的氧化程度;通过粗糙度检测,得出不同参数和初始形貌下,粗糙度降...     

Ti-6Al-4V合金SiC粉激光表面合金化组织与耐磨性

利用预涂ＳｉＣ粉的方法对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金进行激光表面合金化实验,制得了以ＴｉＣ和金属间化合物Ｔｉ_５Ｓｉ_３为增强相的耐磨复合材料表面改性层,合金层硬度及在二体磨料磨损与滑动磨损条件下的耐磨性均大幅度提高。表明利用ＳｉＣ粉激光表面合金化是提高钛合金耐磨性的一种有效方法。     

基于无量纲工艺图的激光熔化沉积制备Ti6Al4V工艺与性能研究

如何高效获取合适的工艺参数进行激光熔化沉积（LMD）制造高性能零件是一项艰巨的挑战。提出了一种有效进行参数选择的方法,建立了基于LMD工艺的无量纲参数组,利用文献中获取的LMD工艺数据构建无量纲工艺图,确定了本试验LMD制备Ti6Al4V的工艺范围。利用正交试验研究了不同激光功率q、扫描速率v和扫描间距h组合下的无量纲等效能量密度E^*₀对LMD制备Ti6Al4V块状试样组织和性能的影响。结果表明,LMD制备的试样呈现出明显的柱状晶外延生长特点,柱状晶的宽度随E^*₀增加而增大。在通过无量纲工艺图确定的最优参数E^*₀=3.74下LMD制备的Ti6Al4V试样无熔合缺陷,硬度为391.7 HV,抗拉强度为963 MPa,延伸率为13.4%。结果表明,利用构建的无量纲工艺图缩小工艺参数范围,可以获得综合力学性能优良的样件。     

激光粉末床熔融Ti6Al4V合金高周疲劳性能研究

为研究激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)成形Ti6Al4V合金的高周疲劳性能,采用LPBF技术在不同激光功率下成形Ti6Al4V合金试样,并对最佳工艺参数成形试样进行了热处理;研究成形试样表面形貌与合金显微组织演变行为,并进行热处理Ti6Al4V合金静态拉伸和不同应力载荷下的疲劳试验与裂纹扩展速率试验。结果表明,当激光功率为300 W时,成形试样的表面平整且试样内部无明显孔隙、裂纹等冶金缺陷;同时经热处理试样显微组织由针状α′马氏体转变为粗化的α+β层状混合物;在应力比为0.06条件下,循环基数为10~7的热处理Ti6Al4V合金的疲劳强度为567.5 MPa,稳定扩展区的疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅度ΔK呈线性关系。     

预处理对不锈钢表面沉积类金刚石薄膜的影响

类金刚石碳(diamond-like carbon，DLC)薄膜具有非常优异的力学、电学、光学等性能，因此在许多领域有着巨大的应用前景，在世界范围内形成了研究类金刚石碳薄膜的热潮。但目前在铁质材料上沉积类金刚石碳薄膜存在一个很大的问题：由于铁对碳氢化合物的分解及石墨相的形成有很强的催化作用，降低了薄膜的各项性能。     

0Cr18Ni10Ti不锈钢表面激光熔化沉积420不锈钢的组织及性能

采用同轴送粉激光熔化沉积方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出420不锈钢的多层涂层及薄壁样,着重分析了沉积涂层的微观组织、硬度、界面结合情况及抗腐蚀性能.结果表明,激光熔化沉积的420不锈钢为单相α马氏体,沉积材料内部组织致密均匀,沉积材料的硬度在47-51HRC;沉积涂层与基体为完全冶金结合,沿沉积高度方向沉积材料的拉伸强度及界面的结合强度均大于基体材料的强度,界面结合强度达790MPa;与基体材料相比,所沉积420不锈钢的自腐蚀电位低、极化电阻小,抗腐蚀性稍差,该涂层可用于低腐蚀环境下0Cr18Ni10Ti不锈钢表面的强化及420不锈钢零件的修复.     

激光冲击强化对Ti6Al4V钛合金骨板表面改性与摩擦学性能的影响

TiO₂纳米管具有纳米级空心盲腔排列结构,既可以提高Ti6Al4V骨板表面的生物相容性,又可以作为抗菌药物的载体,提高基体的抗菌能力。因此,TiO₂纳米管层在医用植入物方面具有巨大潜力。目前制备的TiO₂纳米管与基体之间的附着力较低,在使用过程中容易脱落;同时,基体的表面特性与TiO₂纳米管层之间的关系没有得到充分研究。鉴于此,本文采用激光冲击强化法来改变Ti6Al4V的表面特性,并在改性后的Ti6Al4V表面通过阳极氧化法制备了TiO₂纳米管层。在模拟体液条件下,研究了表面改性后骨板的摩擦磨损行为,并分析了表面改性后骨板的表面性能及耐磨性。结果表明:Ti6Al4V经过激光冲击强化后,晶粒细化程度提高;经阳极氧化后形成了排列有序、尺寸较大的纳米管,表面的显微硬度和表面接触角降低,TiO₂纳米管层的附着力、生物相容性和耐磨性提高。     

激光重熔对SLM Ti6Al4V组织和性能的影响

首先针对选区激光熔化技术(SLM)成形过程中具有高的温度梯度和高的冷却速率,阐述热处理方法在解决残余应力、变形、孔隙缺陷等性能方面的耗时、耗费问题,基于重熔扫描在SLM过程中具有的潜在优势,系统性地研究初次扫描与重熔扫描成形性能异同。结合表面三维形貌和表面粗糙度,分析Ti6Al4V合金在初次扫描与重熔扫描下的表面质量异同机制;结合内部孔隙,分析Ti6Al4V合金在初次扫描与重熔扫描下的内部质量异同机制;结合微观组织与拉伸性能,分析了Ti6Al4V合金在初次扫描与重熔扫描下的组织、力学性能的异同机制。结果表明,两者的上表面组织都为针状马氏体α′,侧表面组织都由穿越多层凝固层的柱状晶β组成,但两者柱状晶的宽度不同。此外,重熔扫描的拉伸强度优于初次扫描的拉伸强度,且重熔扫描的断裂形貌中微观结构变大,韧窝数量减少。     

激光选区熔化Ti6Al4V粉末层结构对能量吸收率影响的数值分析

利用COMSOL软件,基于射线追踪方法建立粉末层中激光能量吸收行为的三维介观尺度模型,研究Ti6Al4V粉末粒径、粉末层厚度、粉末空间分布和粒径分布对激光选区熔化工艺中能量吸收率的影响,并探究激光能量在粉末层中的传输规律.结果 表明,粉末粒径在5～60μm之间时,密排堆垛粉末层能量吸收率在63.06％～63.24％之间...     

中高温条件下激光冲击处理Ti-6Al-4V表面完整性变化

为了研究中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响,采用高功率、短脉冲Nd:YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光冲击,并将冲击后的钛合金试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行保温处理。从表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力等方面分析了中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响。结果表明,激光冲击处理增大了Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度,且热处理温度越高,Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度越大;激光冲击处理显著提高了Ti-6Al-4V钛合金材料的表面残余压应力,随着温度的升高,残余压应力值降低。研究结果对了解和掌握Ti-6Al-4V钛合金的使用性能是有帮助的。     

钛合金表面激光熔覆（Ti＋Al/Ni）/（Cr2O3＋CeO2）复合涂层组织写耐磨性能

为改进钛合金(Ti6A14V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti Al/Ni) (Cr_2O_3 CeO_2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr_2O_3颗粒和白亮球状液析Cr_2O_3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相。显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍。熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20μm。激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0．2～0．3之间,磨损率比Ti6A14V标样降低约4～5倍。     

Ti6Al4V粉末选区激光熔化的基础实验研究

选区激光熔化是通过激光扫描粉末使其熔化并重新凝固、以逐层叠加的方式来完成零件直接制造的技术.从Ti6Al4V粉末单层烧结试验出发,基于工艺参数优化,得到了 Ti6Al4V粉末选区激光熔化的线能量密度指导性区间;以此为基础进行多层烧结,通过试样断面SEM图像得到了其内部结构,并结合金相、力学性能测试进行了综合分析.结果表...     

热等静压对激光直接沉积Ti60 合金组织与拉伸性能的影响

利用激光直接沉积技术成形Ti60 合金,研究热等静压双重退火对激光直接沉积Ti60 合金缺陷、组织及拉伸性能的影响。结果表明:激光直接沉积Ti60 合金存在气孔和未熔合两种缺陷,经热等静压处理后,气孔和尺寸较小的未熔合缺陷消除;沉积态试样底部和中部为柱状晶,顶部为等轴晶,显微组织为魏氏组织,由板条和板条间组成;经热等静压双重退火处理后,晶界消融,大部分原始晶界消失,板条粗化,长宽比减小,显微组织变为网篮组织;与锻件相比,沉积态试样拉伸强度较高,塑性较低,经热等静压双重退火处理后,其塑性达到了锻件标准。