高温处理对激光熔覆自润滑耐磨复合涂层影响的研究

发布时间：2017-11-19 18:16

  本文关键词：高温处理对激光熔覆自润滑耐磨复合涂层影响的研究

  更多相关文章： Ti6Al4V合金 自润滑耐磨复合涂层 激光熔覆 高温稳定性 显微组织 摩擦学性能

【摘要】：钛合金具有优异的耐腐蚀性能、韧性、比强度以及生物相容性而被广泛地运用于化工、航空以及生物领域。然而,钛合金的表面硬度较低、耐磨性能较差等特点限制了其在许多工业领域的推广运用。在过去的三十年间,已有很多学者进行了大量的意在提高钛合金摩擦学性能的科学试验。先前所采用的思路基本是使用物理气相沉积、化学气相沉积、等离子喷涂等表面工程技术来改善钛合金的摩擦学性能。近些年,利用激光熔覆技术在钛合金表面熔覆一层陶瓷增强相金属基复合涂层被证明是一种既经济又环保的工艺方法,激光熔覆技术可以改善材料表面性能,例如耐腐蚀性、耐氧化性和耐磨性等。本文采用激光熔覆技术,分别以Ni Cr/Cr3C2+10%Ca F2、Ni60和Ni60+10%h-BN三种不同的混合粉末体系为熔覆材料,以预涂粉末的方式在Ti6Al4V基体表面制备出了γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2、γ-Ni/Ti C/Ti B2和γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN高温自润滑耐磨复合涂层,为了研究这三种熔覆涂层的高温稳定性,将所制备的熔覆涂层试样置于600℃高温环境下保温处理不同时间,随炉冷却。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、显微硬度计以及HT-1000型摩擦磨损试验机对经过不同时间高温处理后熔覆涂层的物相组成、显微组织形貌、显微硬度和摩擦磨损性能进行了对比分析。试验结果表明:γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2熔覆涂层主要包括γ-Ni Cr Al Ti固溶体、Ti C硬质相以及Ca F2润滑相,该熔覆涂层在600℃高温环境下保温24 h、48 h、96 h后并没有发生相变;经过96 h高温处理后,该熔覆涂层平均显微硬度由高温处理前的约816 HV0.2降为约706 HV0.2,但是相对于Ti6Al4V基体(360 HV0.2)依然保持较高的硬度性能;γ-Ni/Ti C/Ti B2熔覆涂层主要包括γ-Ni固溶体和Ti B2、Ti C硬质相,而γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂层除了含有上述物相外,还包含有Cr B和Ni3B硼化物以及h-BN润滑相,将γ-Ni/Ti C/Ti B2和γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂层分别置于600℃高温环境下保温10 h、30 h、50 h后没有发生相变。高温处理50 h后,两种熔覆涂层的显微硬度都有所下降,降为约750 HV0.2和910 HV0.2,但是相对于Ti6Al4V基体依然保持较高的硬度性能。摩擦磨损试验表明:高温处理前,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2熔覆涂层(摩擦系数约为0.31,磨损率约为24.78×10-6 mm3/Nm)相对于Ti6Al4V基体(摩擦系数约为0.39,磨损率约为114.08×10-6 mm3/Nm)具有较为优异的耐磨减摩性能。随着高温处理时间的增大,该涂层的摩擦系数和磨损率均有一定的波动。经高温处理96 h后,该涂层的耐磨性能和减摩性能相对于高温处理前均有略微下降,摩擦系数和磨损率分别增大至约0.36和约26.20×10-6mm3/Nm,但是相对于Ti6Al4V基体依然具有一定的减摩性能和较为优异的耐磨性能。γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂层高温处理前具有优异的耐磨减摩性能(摩擦系数约为0.225,磨损率约为4.85×10-6mm3/Nm),但是γ-Ni/Ti C/Ti B2只具有较为优异的耐磨性能而不具有减摩性能(摩擦系数约为0.41,磨损率约为16.85×10-6mm3/Nm)。在进行高温处理试验后可知:两种熔覆涂层的摩擦系数和磨损率均随着高温处理时间的增大而增大,高温处理50 h后,γ-Ni/Ti C/Ti B2和γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂层的摩擦系数分别增大为0.45和0.375,磨损率分别增大为18.12×10-6 mm3/Nm和5.35×10-6 mm3/Nm,与Ti6Al4V基体的摩擦学性能对比可知,γ-Ni/Ti C/Ti B2和γ-Ni/Ti C/Ti B2+Cr B+Ni3B/h-BN熔覆涂层经过50 h高温处理后依然保持优异的耐磨性能,但是减摩性能均不佳。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈华辉;徐采云;王振廷;赵会友;;WC颗粒增强Ni基合金复合涂层的热处理组织变化[J];中国表面工程;2010年02期

2 俞友军;周健松;陈建敏;周惠娣;郭纯;;激光熔覆NiCr/Cr_3C_2-Ag-BaF_2/CaF_2金属基高温自润滑耐磨覆层的组织结构及摩擦学性能[J];中国表面工程;2010年03期

3 孙荣禄,杨贤金;45钢表面激光熔覆NiCrBSi涂层的组织和摩擦磨损性能[J];材料工程;2005年08期

4 秦林,唐宾,刘道新,徐重;钛合金Ti6Al4V表面Mo-N改性层的摩擦性能研究[J];稀有金属材料与工程;2005年09期

5 杨宁;杨帆;;激光熔覆工艺参数对熔覆层质量的影响[J];热处理技术与装备;2010年04期

6 卢雪飞;梅炳初;周卫兵;田晨光;;放电等离子制备Ti_3AlC_2/TiB_2复合材料及性能[J];硅酸盐学报;2007年05期

7 孟祥军;刘秀波;刘海青;郑晨;孙承峰;王明娣;齐龙浩;;热处理对NiCr/Cr_3C_2-WS_2复合涂层组织与性能的影响[J];材料热处理学报;2013年S2期

8 罗健;刘秀波;陆小龙;余鹏程;陈瑶;石皋莲;吴少华;;Ti-6Al-4V钛合金表面激光熔覆自润滑耐磨涂层的高温稳定性[J];材料热处理学报;2015年03期

9 孙延东;颜景岳;张帅;董磊;曹猛;刘梦寅;李德军;;离子束辅助沉积法制备TiAlN/TiB_2纳米多层膜的研究[J];天津师范大学学报(自然科学版);2011年03期

10 邱星武;李刚;邱玲;;激光熔覆技术发展现状及展望[J];稀有金属与硬质合金;2008年03期

，

本文编号：1204452