高频微振作用下激光熔覆热障涂层的组织与性能研究

发布时间：2017-11-15 13:28

  本文关键词：高频微振作用下激光熔覆热障涂层的组织与性能研究

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【摘要】：本文采用直接激光熔覆和高频微振辅助激光熔覆技术在钛合金(Ti-6Al-4V)表面分别制备了纳米ZrO_((2-))8%Y_2O_3涂层,优选出激光熔覆最佳激光工艺参数。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和光学显微镜(OM)对涂层的相组成及显微组织进行分析,同时考察了涂层的显微硬度分布情况和热震性能。对激光熔覆工艺试验进行优化的研究结果表明:激光熔覆纳米ZrO_((2-))8%Y_2O_3涂层的优选工艺参数为激光功率2000W,扫描速率400min/mm,光斑直径5mm,搭接率40%,获得的涂层表面平整,熔覆层呈波纹状,宏观存在少量微裂纹及气孔;高频微振辅助激光熔覆纳米ZrO_((2-))8%Y_2O_3涂层采用优化工艺参数,获得最佳共振频率为926HZ。较直接激光熔覆制备的涂层表面质量有所改善,熔覆层颜色变浅,表面较为光滑,是比较理想的熔覆层表面形貌。激光熔覆热障涂层的组织结构分析结果表明:热障涂层陶瓷面层的相结构由c-ZrO_2和t-ZrO_2构成,激光熔覆后涂层中m相衍射峰相对减弱,m相含量显著减少。在一定扫描速度和离焦量下,涂层气孔随激光功率增大而逐渐减少,且气孔和裂纹主要集中在熔覆层底部,裂纹随激光功率增大而增多。与直接激光熔覆制备的热障涂层相比,高频微振辅助激光熔覆制备的热障涂层中的气孔和裂纹有所减少,涂层树枝晶大量减少,晶粒细化,且主要以等轴晶形态存在。微区成分分析及线扫描结果表明,高频微振辅助下制备的涂层内部各成分趋于均匀。纳米结构ZrO_(2-)8%Y_2O_3涂层经过激光熔覆后表现出流线型的组织特征,其中的未熔颗粒沿着流线有规律地均匀分布在熔池中。激光熔覆涂层平均硬度约为1100HV_(0.2),是钛合金基体材料的3.5倍。高频微振作用下,涂层的显微硬度可达1300HV_(0.2),其硬度值相对于直接激光熔覆的熔覆层又有了较大提高。两种热障涂层都表现出较好的热震性能,直接激光熔覆制备的热障涂层在热震次数为7次时涂层出现约15%面积脱落,而高频微振辅助激光熔覆制备的热障涂层出现同等脱落的热震次数约为11次。高频微振辅助激光熔覆制备的热障涂层寿命约为直接激光熔覆制备的热障涂层寿命的1.5倍。
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4

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本文编号：1189962