铜元素对激光熔覆镍钛合金组织与性能影响研究
发布时间：2020-08-27 08:51
【摘要】：镍钛合金由于其优越的各项性能,作为结构和功能材料被广泛应用于各个领域,包括汽车、土木、航空航天、能源电力、电子电气等。但镍钛合金的各项性能都受到两种主要元素镍元素和钛元素的原子比例的影响,例如镍元素1%的成分变化都会使合金的重要性能之一的马氏体相变温度点变化超过100K。在常见的手段中,在合金中加入铜元素能够在一定程度上减少镍钛合金对其成分的敏感性。与此同时,铜元素的加入在一定程度上还能进一步增强镍钛合金的各项性能。激光熔覆作为近年来迅速发展起来的材料制备手段,具有效率高,成型快等特点,将其与镍钛合金结合,具有很强的实际应用前景。为此,本文针对激光熔覆镍钛合金以及铜元素加入对制备的熔覆层的组织和性能的影响开展研究。使用TA2钛合金作为基板,球磨的方式制备粉末,得到了成型良好,无明显缺陷,性能优异的熔覆层。通过XRD、SEM、EDS等技术对熔覆层内的组织进行了表征。熔覆层内部由熔合线往上以此呈现大的粗晶组织、岛状组织和树枝晶状组织,其中大的粗晶组织为Ti2Ni相组织,岛状组织则为Ni Ti相在Ti2Ni基体上,上部的树枝晶组织则是Ti2Ni在Ni Ti基体的树枝晶间析出。铜元素的加入则富集于晶界处,形成了Ti Ni0.8Cu0.2三元相。通过对激光熔覆涂层的硬度、DSC、AFM和摩擦磨损性能进行测试分析,发现铜元素的加入显著提升了熔覆层的硬度,提升了相变前后的表面粗糙度变化程度,同时提升了涂层的摩擦磨损性能。硬度的提升原因在于两个方面,其一是富集在晶界处的铜元素形成的三元相对熔覆层具有晶界强化的作用,其二铜元素也改变了涂层的相变行为,使得室温条件下,硬度测试时涂层所处的相的状态不完全相同。涂层的摩擦磨损性能得到提升,一方面是由于其硬度的提升,另一方面则是形成的三元相在摩擦过程中变为了硬质颗粒,改变了涂层的磨损形式。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TG665
【图文】：
图 1-1 Ni-Ti 二元相图Fig. 1-1 Ni-Ti binary phase diagram 二元合金体系含有三个金属间化合物：TiNi、TiNi3、Ti2Ni。属 Fd3m 空间群，a 为 1.132 纳米，晶胞中含有 96 个原子六方结构，晶格常数为 a=0.51010nm，c=0.83607nm。相是 Ni-Ti 合金实现其优异性能的主要成分。NiTi 相是 B2 0.3015nm[5]。B2 相成分在等原子比附近有一定扩展。因的特性，在文献中常被表示为 NiTi 或 Ni-Ti。相图中可明显的过固溶度，对 Ti 的过固溶度则很小，当 Ti 含量较Ti2Ni 的形式析出，而 Ni 含量过高时，固溶进去的 Ni 会严，1%Ni 含量的增加可能会带了其相变温度发生 100K 的变 相的扩散型分解
图 1-2 NiTi 合金马氏体相变行为Fig. 1-2 Martensite phase transformation behavior of NiTi alloy由此可见，在 NiTi 合金的 B2、B19’和 R 相之间可能存在三个马氏体相变2 R、R B19’和 B2 B19’。需要注意的是，相对于 B2 相，R 相是低温相对于 B19’相，R 相是高温相。由此可以推断，B19’→R 相变只会发生在升温中，不会再降温过程中发生转变如上所述，B2 R 相变只在一定条件下出现知可诱发 B2 R 相变出现条件可以归纳为如下三类：1）在近等原子比的 NiNi 合金中加入第三元素。已知的第三元素包括 Fe[8 Al[11]。加入约 3%的 Fe 可显著降低 B2 B19’相变的临界温度而导致 B2 变的发生。这类合金给 R 相的研究提供了必要条件。2）对过等原子比 NiTi 合金在 600℃以下进行时效处理，在基体中诱发 Ti3N格弥散析出相。一般认为，Ti3Ni4析出相周围的应力场抑制 B2 B19’马氏体而促使 B2 R 相变。R 相在 Ti3Ni4析出相界面上优先形核已有实验证实[12，13对异质形核的机理还无任何认真讨论。另有实验报道，镍含量比较低的 N
上海交通大学硕士学位论文观察 CuTi 和 NiTi 的伪二元相图，如图 1-3 所示[23]，以及 870℃时 NiTiCu合金的平衡相图，如图 1-4 所示。可以发现，Cu 在 NiTiCu 合金中主要代替 Ni，Cu 的添加不改变母相的晶体结构[24]。
本文编号：2805886
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TG665
【图文】：
图 1-1 Ni-Ti 二元相图Fig. 1-1 Ni-Ti binary phase diagram 二元合金体系含有三个金属间化合物：TiNi、TiNi3、Ti2Ni。属 Fd3m 空间群，a 为 1.132 纳米，晶胞中含有 96 个原子六方结构，晶格常数为 a=0.51010nm，c=0.83607nm。相是 Ni-Ti 合金实现其优异性能的主要成分。NiTi 相是 B2 0.3015nm[5]。B2 相成分在等原子比附近有一定扩展。因的特性，在文献中常被表示为 NiTi 或 Ni-Ti。相图中可明显的过固溶度，对 Ti 的过固溶度则很小，当 Ti 含量较Ti2Ni 的形式析出，而 Ni 含量过高时，固溶进去的 Ni 会严，1%Ni 含量的增加可能会带了其相变温度发生 100K 的变 相的扩散型分解
图 1-2 NiTi 合金马氏体相变行为Fig. 1-2 Martensite phase transformation behavior of NiTi alloy由此可见，在 NiTi 合金的 B2、B19’和 R 相之间可能存在三个马氏体相变2 R、R B19’和 B2 B19’。需要注意的是，相对于 B2 相，R 相是低温相对于 B19’相，R 相是高温相。由此可以推断，B19’→R 相变只会发生在升温中，不会再降温过程中发生转变如上所述，B2 R 相变只在一定条件下出现知可诱发 B2 R 相变出现条件可以归纳为如下三类：1）在近等原子比的 NiNi 合金中加入第三元素。已知的第三元素包括 Fe[8 Al[11]。加入约 3%的 Fe 可显著降低 B2 B19’相变的临界温度而导致 B2 变的发生。这类合金给 R 相的研究提供了必要条件。2）对过等原子比 NiTi 合金在 600℃以下进行时效处理，在基体中诱发 Ti3N格弥散析出相。一般认为，Ti3Ni4析出相周围的应力场抑制 B2 B19’马氏体而促使 B2 R 相变。R 相在 Ti3Ni4析出相界面上优先形核已有实验证实[12，13对异质形核的机理还无任何认真讨论。另有实验报道，镍含量比较低的 N
上海交通大学硕士学位论文观察 CuTi 和 NiTi 的伪二元相图，如图 1-3 所示[23]，以及 870℃时 NiTiCu合金的平衡相图，如图 1-4 所示。可以发现，Cu 在 NiTiCu 合金中主要代替 Ni，Cu 的添加不改变母相的晶体结构[24]。
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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2 王永林;TiN涂层摩擦磨损性能及机理研究[D];江南大学;2012年
本文编号：2805886
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