Ti6Al4V合金激光原位合成自润滑复合涂层的微结构与力学性能
发布时间：2021-11-10 03:08
钛合金具有比强度高、生物相容性好、耐腐蚀性好和耐高温等性能优点,在海洋工程、航空航天、生物医疗等领域应用广泛,但钛合金的摩擦磨损性能较差,限制了其作为高温摩擦运动部件的广泛应用（如中介机闸、锻造钛风扇、压气机盘和叶片等）,为改善钛合金的摩擦学性能,利用激光熔覆技术在钛合金表面制备高温自润滑耐磨复合涂层是有效的选择之一。目前,大多数单一固体润滑剂表现出了良好的自润滑效果,但对高温自润滑耐磨复合涂层在宽温域下进行研究的却不多,这是因为有些固体润滑剂在高温下会失效,而多种固体润滑剂的综合应用是解决此问题的一种选择。本文紧密结合国家自然科学基金（U1737112）、湖南省自然科学基金（2018JJ2677）和河南科技大学高端轴承摩擦学技术与应用国家地方联合工程实验室开放基金（201803）开展研究,选用质量分数为Ni60-16.8%TiC-23.2%WS2（N1涂层）和Ni60-19.6%TiC-20.4%WS2（N2涂层）两种合金粉末为原材料,利用激光熔覆技术在Ti6A14V合金表面制备了两组高温自润滑耐磨复合涂层;应用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）等...
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１飞机中钛合金的应用［１］??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｉｎ?ａｉｒｃｒａｆｔ?１１１??
抵抗外力对复合涂层表面的压入，提高涂层的耐磨性；其三是固体润滑相，能有??助于减小对偶件的磨损，起到优异的减摩作用，高温自润滑耐磨减摩复合涂层的??主要成分如图１．３所示。?．??１．３．２高温耐磨减摩复合涂层中的润滑相和增强相??耐磨减摩复合涂层中的增强相一般选择具有高硬度、高耐磨性、耐高温的陶??瓷相物质，如：氧化物Ａｌ２〇３、硼化物ＴｉＢ、碳化物Ｔｉｅ等Ｉ３６，３＇本论文选用的??是Ｔｉ６Ａ１４Ｖ合金作为激光熔覆基材，其热膨胀系数为（８．２０Ｘ１（Ｔ６／Ｋ），本文选用的??是ＴｉＣ陶瓷相作为复合涂层的增强相，其热膨胀系数为７．７４Ｘ１０＿６／Ｋ，与钛合金??材料的热膨胀系数相近，降低了热应力并减少了裂纹的产生。自润滑耐磨涂层中??的陶瓷颗粒可以通过机械外加和原位合成两种方法获得。机械外加法是将自熔性??合金粉末与陶瓷粉末混合，利用高能激光束等热源制备出复合涂层，达到使陶瓷??５??
磨损［７１】。因其分解温度较低（５１０°Ｃ），故在激光熔覆过程中ＷＳ２分解后的硫可??与其他金属元素生成新的多层固体润滑相，如ＴｉＳ、ＮｉＳ等。ＷＳ２平均粒径为ｌＲｍ，??其粉末形貌见图２．１（ｃ）。??麵??麵??图２．１激光熔覆合金粉末形貌（ａ）Ｎｉ６０；?（ｂ）ＴｉＣ；?（ｃ）ＷＳ２??？?Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｃｌａｄｄｉｎｇ?ａｌｌｏｙ?ｐｏｗｄｅｒｓ?（ａ）?Ｎｉ６０；?（ｂ）?ＴｉＣ；?（ｃ）?ＷＳ２??为了探索在宽温域下具有良好自润滑耐磨性能的复合涂层，经过查阅相关文??献和前期研究优化，设计了两组不同粉末配比的复合涂层，如表２．１所示。??表２．１复合涂层的粉末成分与配比（质量分数％）??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｔｈｅ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｃｏａｔｉｎｇｓ?（ｗｔ．?％）??混合粉末?Ｎｉ６０?ＴｉＣ?ＷＳ２??Ｎｉ６０－１６．８％ＴｉＣ－２３．２％ＷＳ２?６０?１６．８?２３．２??Ｎｉ６０－１９．６％ＴｉＣ－２０．４％ＷＳ２?６０?１９．６?２０．４??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光技术在材料表面改性方面的研究进展[J]. 孙磊强,赵作福,莫梓睿,杨明亮,邱玉艳,刘亮. 辽宁工业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]Ti6Al4V合金表面渗氮层的组织、耐摩擦和耐腐蚀性能[J]. 董敏鹏,吴国东,李金龙,马付良,王志军. 材料热处理学报. 2018(10)
[3]钛合金的应用进展[J]. 原国森,兖利鹏,韩艳艳. 热加工工艺. 2017(04)
[4]Ti6Al4V合金激光熔覆复合涂层的摩擦学和高温抗氧化性能研究[J]. 余鹏程,刘秀波,陆小龙,朱刚贤,陈瑶,石皋莲,吴少华. 中国激光. 2015(10)
[5]激光熔覆Fe/（Ti,W）C复合材料的研究[J]. 段明忠,戴宇杰,卿志萍. 机械. 2015(08)
[6]SiO2、Al2O3、ZrO2对磨副材料对离子渗氮工业纯钛TA2磨损性能的影响[J]. 侯斌斌,岳文,杜迎军,佘丁顺,杨兴宽,刘家浚. 材料热处理学报. 2015(S1)
[7]钛合金在航空航天及武器装备领域的应用与发展[J]. 刘全明,张朝晖,刘世锋,杨海瑛. 钢铁研究学报. 2015(03)
[8]钛合金表面激光熔覆镍基涂层质量分析[J]. 申泽慧,孙荣禄. 热加工工艺. 2015(04)
[9]TC21钛合金表面无氢渗碳层耐磨性分析[J]. 姬寿长,李争显,罗小峰,杜继红,华云峰,王彦锋. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[10]钛合金在航空领域的发展与应用[J]. 赵丹丹. 铸造. 2014(11)
硕士论文
[1]TA2合金激光熔覆钛基高温自润滑耐磨复合涂层研究[D]. 乔世杰.苏州大学 2017
[2]Ti6Al4V合金表面激光原位合成耐磨及高温抗氧化复合涂层性能研究[D]. 余鹏程.苏州大学 2016
[3]奥氏体不锈钢高温氧化性能与晶粒长大行为的研究[D]. 陈华.兰州理工大学 2011
本文编号：3486451
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１飞机中钛合金的应用［１］??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ａｌｌｏｙ?ｉｎ?ａｉｒｃｒａｆｔ?１１１??
抵抗外力对复合涂层表面的压入，提高涂层的耐磨性；其三是固体润滑相，能有??助于减小对偶件的磨损，起到优异的减摩作用，高温自润滑耐磨减摩复合涂层的??主要成分如图１．３所示。?．??１．３．２高温耐磨减摩复合涂层中的润滑相和增强相??耐磨减摩复合涂层中的增强相一般选择具有高硬度、高耐磨性、耐高温的陶??瓷相物质，如：氧化物Ａｌ２〇３、硼化物ＴｉＢ、碳化物Ｔｉｅ等Ｉ３６，３＇本论文选用的??是Ｔｉ６Ａ１４Ｖ合金作为激光熔覆基材，其热膨胀系数为（８．２０Ｘ１（Ｔ６／Ｋ），本文选用的??是ＴｉＣ陶瓷相作为复合涂层的增强相，其热膨胀系数为７．７４Ｘ１０＿６／Ｋ，与钛合金??材料的热膨胀系数相近，降低了热应力并减少了裂纹的产生。自润滑耐磨涂层中??的陶瓷颗粒可以通过机械外加和原位合成两种方法获得。机械外加法是将自熔性??合金粉末与陶瓷粉末混合，利用高能激光束等热源制备出复合涂层，达到使陶瓷??５??
磨损［７１】。因其分解温度较低（５１０°Ｃ），故在激光熔覆过程中ＷＳ２分解后的硫可??与其他金属元素生成新的多层固体润滑相，如ＴｉＳ、ＮｉＳ等。ＷＳ２平均粒径为ｌＲｍ，??其粉末形貌见图２．１（ｃ）。??麵??麵??图２．１激光熔覆合金粉末形貌（ａ）Ｎｉ６０；?（ｂ）ＴｉＣ；?（ｃ）ＷＳ２??？?Ｆｉｇ．?２．１?Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｃｌａｄｄｉｎｇ?ａｌｌｏｙ?ｐｏｗｄｅｒｓ?（ａ）?Ｎｉ６０；?（ｂ）?ＴｉＣ；?（ｃ）?ＷＳ２??为了探索在宽温域下具有良好自润滑耐磨性能的复合涂层，经过查阅相关文??献和前期研究优化，设计了两组不同粉末配比的复合涂层，如表２．１所示。??表２．１复合涂层的粉末成分与配比（质量分数％）??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｔｈｅ?ｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｃｏａｔｉｎｇｓ?（ｗｔ．?％）??混合粉末?Ｎｉ６０?ＴｉＣ?ＷＳ２??Ｎｉ６０－１６．８％ＴｉＣ－２３．２％ＷＳ２?６０?１６．８?２３．２??Ｎｉ６０－１９．６％ＴｉＣ－２０．４％ＷＳ２?６０?１９．６?２０．４??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光技术在材料表面改性方面的研究进展[J]. 孙磊强,赵作福,莫梓睿,杨明亮,邱玉艳,刘亮. 辽宁工业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]Ti6Al4V合金表面渗氮层的组织、耐摩擦和耐腐蚀性能[J]. 董敏鹏,吴国东,李金龙,马付良,王志军. 材料热处理学报. 2018(10)
[3]钛合金的应用进展[J]. 原国森,兖利鹏,韩艳艳. 热加工工艺. 2017(04)
[4]Ti6Al4V合金激光熔覆复合涂层的摩擦学和高温抗氧化性能研究[J]. 余鹏程,刘秀波,陆小龙,朱刚贤,陈瑶,石皋莲,吴少华. 中国激光. 2015(10)
[5]激光熔覆Fe/（Ti,W）C复合材料的研究[J]. 段明忠,戴宇杰,卿志萍. 机械. 2015(08)
[6]SiO2、Al2O3、ZrO2对磨副材料对离子渗氮工业纯钛TA2磨损性能的影响[J]. 侯斌斌,岳文,杜迎军,佘丁顺,杨兴宽,刘家浚. 材料热处理学报. 2015(S1)
[7]钛合金在航空航天及武器装备领域的应用与发展[J]. 刘全明,张朝晖,刘世锋,杨海瑛. 钢铁研究学报. 2015(03)
[8]钛合金表面激光熔覆镍基涂层质量分析[J]. 申泽慧,孙荣禄. 热加工工艺. 2015(04)
[9]TC21钛合金表面无氢渗碳层耐磨性分析[J]. 姬寿长,李争显,罗小峰,杜继红,华云峰,王彦锋. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[10]钛合金在航空领域的发展与应用[J]. 赵丹丹. 铸造. 2014(11)
硕士论文
[1]TA2合金激光熔覆钛基高温自润滑耐磨复合涂层研究[D]. 乔世杰.苏州大学 2017
[2]Ti6Al4V合金表面激光原位合成耐磨及高温抗氧化复合涂层性能研究[D]. 余鹏程.苏州大学 2016
[3]奥氏体不锈钢高温氧化性能与晶粒长大行为的研究[D]. 陈华.兰州理工大学 2011
本文编号：3486451
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