激光熔化沉积轻质金属/陶瓷复合材料组织性能研究
发布时间：2021-04-13 08:38
钛合金因其密度低、耐蚀性好等特点适用于航天及造船等诸多工业领域,可减少飞行器重量且具有较广的应用前景。激光熔覆（Laser Cladding,LC）技术可在金属材料表面利用高能激光束制备先进复合材料,激光熔化沉积（Laser Melting Deposition,LMD）技术利用LC及快速原型制造的基本原理,以合金粉末为原材料,采用高能量的激光作为能量源,按照预定的加工路径,将预熔合金粉末进行充分熔化,实现快速凝固,制备高性能复合材料,且在成型过程中钛合金中大量Ti因稀释作用可进入激光熔池中,强化轻合金材料性能。现阶段许多领域对材料使用的环境要求愈发苛刻,零部件需长时间服役极端恶劣环境下,如石油、航空及船舶等工业领域,其中大部分零部件失效是由腐蚀和磨损所致,因此该类零部件通常需具备良好表面性能。钛合金耐磨性较差,极大限制其应用,如钛合金涡轮叶片因高速旋转与空气摩擦,在一定程度上缩短其使用寿命。TiB2陶瓷硬度及抗腐蚀性能较高,适用于LMD领域制备陶瓷增强复合材料;FeCrBSi非晶合金具有良好的耐磨性及抗腐蚀性,可增强材料性能;Cu加入可使所制备复合材料组织结构细...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LMD工作原理图
山东建筑大学硕士学位论文6复合材料的性能，该复合材料强度较高[46]。此外，该技术也适用于生物制造领域，图1.2(d)为激光增材制备的纳米结构多孔TC4支架，具有良好的生物相容性，可允许成骨细胞在0.5-0.6mm的范围内过度生长，且该类细胞在6周后具有良好的扩散形态[47]。图1.2激光增材制造:(a)龙虾眼结构零件[44],(b)多孔零件[45],(c)镍基材料[46],(d)生物材料[47]然而LMD工艺因熔池中能量分布不均易产生残余应力，导致裂纹等缺陷在复合材料中形成。同时在LMD强化某些合金过程中需采用惰性气体保护复合材料表面防止其氧化，气体与熔覆区接触表面积较大，易进入熔池中，在凝固结束前因熔池凝固速度较快而未能从其溢出，产生气孔缺陷。此外，高温熔池易产生内应力而导致裂纹[48]。由于熔池存在时间较短暂且不可精确控制，因此现阶段提高材料内部质量工作较为困难，较大限制LMD技术应用。另外，激光熔池中涉及复杂的物理、化学冶金过程，且包括热尝力场等。目
山东建筑大学硕士学位论文9第2章实验研究方法及原理2.1实验材料实验采用TC4合金板，组织结构由α及β双相构成。尺寸为50×30×10mm。表2.1为TC4钛合金化学成分；图2.1(a)为TC4组织结构。图2.1(b)为TC4的SEM像，可观察到诸多针状析出物。本研究采用粉末基材是一种磨损耐磨性高、具有良好腐蚀性能以及抗高温氧化性较为稳定的FeCrBSi非晶合金粉（纯度≧99.5%，粒度100~150μm）、Cu粉（纯度≧98.5%，粒度50~100nm）、TiB2陶瓷粉（纯度≧99%，粒度100~150μm）以及MGOSs去离子水溶液（纯度≧99.5%，MGOSs尺寸100～150μm，厚度0.8~1.2nm，密度1.58mg/ml）。(a)组织结构(b)SEM像图2.1TC4微观组织表2.1TC4钛合金的化学成分元素FeCNOHVAl含量（wt%）≤0.30≤0.10≤0.05≤0.20≤0.0153.5-4.5≤5.5-6.82.2LMD复合材料制备利用电火花分割将TC4板切至尺寸为10×10×10mm及10×10×29mm两种尺寸，切割速度3550r/min，进刀率3.8mm/min。在LMD处理前，需将TC4表面通过机械及化学方式清理，避免氧化膜造成影响。首先用数砂纸将激光待处理面研磨平整，去除表面油污、
【参考文献】：
期刊论文
[1]5083铝合金摆动激光电弧复合焊工艺研究[J]. 祁小勇,周京,刘硕夫,叶兵,王爱华. 航空制造技术. 2019(06)
[2]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[3]Effect of rare earth elements and their oxides on tribo-mechanical performance of laser claddings: A review[J]. M.M.Quazi,M.A.Fazal,A.S.M.A.Haseeb,Farazila Yusof,H.H.Masjuki,A.Arslan. Journal of Rare Earths. 2016(06)
[4]激光增材制造技术在航空航天领域的应用与发展[J]. 田宗军,顾冬冬,沈理达,谢德巧,王东生. 航空制造技术. 2015(11)
[5]Cu单元素基合金表面FeCoCrAlCu激光高熵合金化涂层的制备[J]. 张春华,单丽娜,吴臣亮,张松,关锰,谭俊哲. 中国有色金属学报. 2015(05)
[6]TA15-2合金表面激光熔覆Ni基涂层物理与表面性能[J]. 李嘉宁,巩水利,王西昌,锁红波. 中国激光. 2013(11)
[7]铁基非晶合金铁硅硼中硅和硼的测定[J]. 卢和平,郭宜鑫,王菊. 冶金分析. 2012(07)
[8]Preparation and properties of a cerium-containing hydroxyapatite coating on commercially pure titanium by micro-arc oxidation[J]. HUANG Yong~(a,b) WANG Yingjun~(a,b) NING Chengyun~(a,b) NAN Kaihui~(a,b) HAN Yong~c ~a College of Materials Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510641,China ~b Key Laboratory of SpeciaUy Functional Materials,Ministry of Education of China,Guangzhou 510640,China ~c State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China. Rare Metals. 2008(03)
博士论文
[1]钛合金表面陶瓷强化金属基复合激光熔覆层的微观组织与耐磨性能研究[D]. 翁飞.山东大学 2017
[2]Fe基非晶—纳米晶激光熔覆涂层研究[D]. 朱庆军.山东大学 2008
本文编号：3134979
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LMD工作原理图
山东建筑大学硕士学位论文6复合材料的性能，该复合材料强度较高[46]。此外，该技术也适用于生物制造领域，图1.2(d)为激光增材制备的纳米结构多孔TC4支架，具有良好的生物相容性，可允许成骨细胞在0.5-0.6mm的范围内过度生长，且该类细胞在6周后具有良好的扩散形态[47]。图1.2激光增材制造:(a)龙虾眼结构零件[44],(b)多孔零件[45],(c)镍基材料[46],(d)生物材料[47]然而LMD工艺因熔池中能量分布不均易产生残余应力，导致裂纹等缺陷在复合材料中形成。同时在LMD强化某些合金过程中需采用惰性气体保护复合材料表面防止其氧化，气体与熔覆区接触表面积较大，易进入熔池中，在凝固结束前因熔池凝固速度较快而未能从其溢出，产生气孔缺陷。此外，高温熔池易产生内应力而导致裂纹[48]。由于熔池存在时间较短暂且不可精确控制，因此现阶段提高材料内部质量工作较为困难，较大限制LMD技术应用。另外，激光熔池中涉及复杂的物理、化学冶金过程，且包括热尝力场等。目
山东建筑大学硕士学位论文9第2章实验研究方法及原理2.1实验材料实验采用TC4合金板，组织结构由α及β双相构成。尺寸为50×30×10mm。表2.1为TC4钛合金化学成分；图2.1(a)为TC4组织结构。图2.1(b)为TC4的SEM像，可观察到诸多针状析出物。本研究采用粉末基材是一种磨损耐磨性高、具有良好腐蚀性能以及抗高温氧化性较为稳定的FeCrBSi非晶合金粉（纯度≧99.5%，粒度100~150μm）、Cu粉（纯度≧98.5%，粒度50~100nm）、TiB2陶瓷粉（纯度≧99%，粒度100~150μm）以及MGOSs去离子水溶液（纯度≧99.5%，MGOSs尺寸100～150μm，厚度0.8~1.2nm，密度1.58mg/ml）。(a)组织结构(b)SEM像图2.1TC4微观组织表2.1TC4钛合金的化学成分元素FeCNOHVAl含量（wt%）≤0.30≤0.10≤0.05≤0.20≤0.0153.5-4.5≤5.5-6.82.2LMD复合材料制备利用电火花分割将TC4板切至尺寸为10×10×10mm及10×10×29mm两种尺寸，切割速度3550r/min，进刀率3.8mm/min。在LMD处理前，需将TC4表面通过机械及化学方式清理，避免氧化膜造成影响。首先用数砂纸将激光待处理面研磨平整，去除表面油污、
【参考文献】：
期刊论文
[1]5083铝合金摆动激光电弧复合焊工艺研究[J]. 祁小勇,周京,刘硕夫,叶兵,王爱华. 航空制造技术. 2019(06)
[2]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[3]Effect of rare earth elements and their oxides on tribo-mechanical performance of laser claddings: A review[J]. M.M.Quazi,M.A.Fazal,A.S.M.A.Haseeb,Farazila Yusof,H.H.Masjuki,A.Arslan. Journal of Rare Earths. 2016(06)
[4]激光增材制造技术在航空航天领域的应用与发展[J]. 田宗军,顾冬冬,沈理达,谢德巧,王东生. 航空制造技术. 2015(11)
[5]Cu单元素基合金表面FeCoCrAlCu激光高熵合金化涂层的制备[J]. 张春华,单丽娜,吴臣亮,张松,关锰,谭俊哲. 中国有色金属学报. 2015(05)
[6]TA15-2合金表面激光熔覆Ni基涂层物理与表面性能[J]. 李嘉宁,巩水利,王西昌,锁红波. 中国激光. 2013(11)
[7]铁基非晶合金铁硅硼中硅和硼的测定[J]. 卢和平,郭宜鑫,王菊. 冶金分析. 2012(07)
[8]Preparation and properties of a cerium-containing hydroxyapatite coating on commercially pure titanium by micro-arc oxidation[J]. HUANG Yong~(a,b) WANG Yingjun~(a,b) NING Chengyun~(a,b) NAN Kaihui~(a,b) HAN Yong~c ~a College of Materials Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510641,China ~b Key Laboratory of SpeciaUy Functional Materials,Ministry of Education of China,Guangzhou 510640,China ~c State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China. Rare Metals. 2008(03)
博士论文
[1]钛合金表面陶瓷强化金属基复合激光熔覆层的微观组织与耐磨性能研究[D]. 翁飞.山东大学 2017
[2]Fe基非晶—纳米晶激光熔覆涂层研究[D]. 朱庆军.山东大学 2008
本文编号：3134979
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