预置涂层厚度对激光熔覆涂层组织和性能的影响研究

发布时间：2018-04-13 12:33

本文选题：激光熔覆 + 预置涂层　；参考：《上海工程技术大学》2016年硕士论文

【摘要】：钛合金因具有低密度,耐腐蚀性,耐高温等机械性能而被广泛应用于多个领域。但是由于钛合金低硬度、低耐磨损性能的缺陷,大大限制了其应用领域。表面改性技术中,激光熔覆由于其特性而被广泛关注,它作为一种优良的表面工程技术,可以有效提高其表面性能。对于涂层的质量,众所周知,预置涂层厚度是影响涂层质量的一个重要因素,它直接决定了最终的涂层厚度,影响其作为摩擦组件的使用寿命。此外,预置层厚度会影响涂层稀释率从而影响熔池的化学成分。因此,从而影响涂层的微观结构和力学性能。然而,由于预置涂层厚度的不可控性,关于预置涂层厚度与涂层组织演变和机械性能之间的研究很少。本文中采用一种新方法以精确控制预置层的厚度,通过以纯Ni CrBSi为熔覆材料,在Ti6Al4V基底上熔覆6组不同厚度的纯Ni CrBSi粉末,使用YL-5000型激光器通过激光熔覆技术成功制备了不同预置涂层厚度的与Ti6Al4V冶金结合良好的具有优异耐磨性的复合涂层。之后,镍基合金粉末的添加成功的增加了涂层的硬度和耐磨性但是对涂层却没有起到减磨的作用,添加一定含量的润滑剂是对涂层减摩的一种有效的方法,所以后期在预置涂层厚度优化的基础上本课题又研究了添加不同含量的MoS_2对激光熔覆涂层组织和性能的影响。本课题中,通过使用XRD、OM、SEM以及EDS等手段,研究了预置涂层厚度和熔覆材料成分变化对熔覆层表面形貌,稀释率以及组织演变的影响。此外,利用显微硬度计、维氏硬度计、摩擦磨损综合测试机、轮廓仪以及电子天平,也研究了涂层显微硬度、断裂韧性和耐磨性等力学性能变化。对于6组不同预置涂层厚度的NiCrBSi复合涂层,通过OM和SEM等手段,研究了涂层的表面形貌和内部缺陷,结果表明预置涂层厚度厚度不宜超过1.0 mm。对于预置涂层厚度为0.5 mm,0.8 mm和1.0 mm的NiCrBSi复合涂层,纯NiCrBSi稀释率随着预置涂层厚度的增大稀释率降低(73.5%、54.8%和46.0%)。相对应的涂层基体组织物相演变为a(Ti)+Ti2Ni、TiNi+Ti2Ni和Ni3Ti+g(Ni),增强相从TiC+TiB转变为TiC+TiB_2,最终转变为TiC+TiB_2+Cr7C3+CrB。涂层平均显微硬度随着预置涂层厚度的增加呈现增大趋势,分别为817.7 HV0.2、837.1 HV0.2和1078.3 HV0.2。断裂韧性也随着预置涂层厚度的增加增大(3.019 MPa m1/2、3.526 MPa m1/2和5.055 MPa m1/2)。研究结果表明预置涂层厚度为1.0 mm的涂层表现出最低(0.568)的平均摩擦系数,随着时间的延长摩擦系数的变化也相对较平稳。由于涂层的磨损机制为微观切削和转移层的形成和破坏的结合,预置涂层厚度为1.0 mm的磨损量也最小(0.2732 mm3)。此涂层的磨损机制为部分区域微观切削,同时伴随着来源于摩擦副(ZrO2)的转移层的形成和破坏。然而,预置涂层厚度为0.5 mm和0.8 mm的涂层的磨损机制为微观切削。由于显微硬度(抗微观切削)和断裂韧性(抗脆性断裂)较高,以及转移层的保护,预置涂层厚度为1.0 mm的涂层具有最优的的耐磨损性能。添加不同含量MoS_2的5组激光熔覆涂层结果表明,涂层种没有发现MoS_2,说明在激光熔覆过程中发生分解和气化,涂层主要由TiC和TiB_2粒子均匀分散在Ti2Ni和TiNi基体上。当添加8 wt%和10 wt%的二硫化钼的涂层的相组成发生了显著变化,除了上面提到的四个物相之外发现了一种新的物相TiS_2,并且在两个涂层种随着MoS_2添加量的增加TiS_2的体积分数也呈现增加的趋势。对于平均显微硬度添加不同含量二硫化钼制备的涂层没有明显的区别。随着MoS_2添加量的增加,涂层的平均摩擦系数呈现降低趋势,当MoS_2添加量低于6 wt%时磨损体积相差不大(0.6104 mm3、0.6104 mm3和0.6408 mm3),当MoS_2添加量增加到8 wt%和10 wt%时磨损体积分别降低到0.3624 mm3和0.2686 mm3,并且随着二硫化钼的添加量增加摩擦系数值达到相对稳定阶段所用的时间降低,说明TiS_2的形成可以显著提高耐磨性的涂料由于其显著的减摩与保护的角色。
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【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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