TC4钛合金的随行保护激光熔覆工艺研究
发布时间：2021-05-06 02:58
钛合金具有密度小、比强度高等优点,广泛用于医疗和航空航天等领域。但钛合金的摩擦系数大、耐磨性差,限制了其应用范围。激光熔覆是一种绿色再制造工艺,涂层与基体可实现冶金结合,已成为钛合金表面改性的重要方式。钛合金激光熔覆的主要问题是氧化、氢化和裂纹。本文从硬件和材料出发,有效抑制了熔覆过程中的氧化、氢化现象,避免了裂纹的形成,提高了熔覆层的耐磨性。本文设计的随行保护装置主要由3股环形气流组成:内侧环形气流用于束缚粉末,保护熔池;中部气流用于保护600℃以上区域的作用,抑制氧化;外侧气流用于排除空气。研究表明,该随行保护装置的气体消耗量少,可在开放环境下对钛合金零部件进行激光熔覆再制造。基于随行保护装置,本文对激光熔覆用钛合金粉末进行了设计和优化。研究表明,当激光功率为1750W,扫描速度为6mm/s,送粉速率为8g/min,预热温度为400℃,熔覆粉末Al2O3-SiC-Ag-Ti配比为2.5:0.5:10:87时,可以获得质量较好的熔覆层。通过对熔覆层显微组织、显微硬度和耐磨性的分析发现,纳米Al2O3颗粒在熔池凝固过程中,可有效阻止晶粒长大,细化晶粒,起到弥散强化的作用;Ag和SiC可...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 激光熔覆简介
1.1.2 钛合金激光熔覆研究现状
1.2 本论文研究目的及主要内容
第2章 材料制备与性能表征
2.1 试验材料
2.1.1 基体材料
2.1.2 溶凝胶法配制Ti-Al_2O_3熔覆材料
2.1.3 机械混合Ag粉与SiC晶须
2.2 激光熔覆试验设备
2.3 熔覆层分析测试方法
2.3.1 样品制备
2.3.2 显微组织及物相成分分析
2.3.3 耐磨性能检测
2.4 本章小结
第3章 随行保护装置设计
3.1 激光熔覆过程温度场仿真
3.1.1 有限元模型建立
3.1.2 热源模型
3.1.3 温度场仿真结果
3.2 随行保护装置结构设计
3.3 随行保护气流压力
3.4 本章小结
第4章 工艺参数及材料成分优化
4.1 激光熔覆工艺参数优化
4.1.1 单因素试验与结果分析
4.1.2 正交试验与结果分析
4.1.3 预热对熔覆层内部质量的影响
4.2 激光熔覆材料研究
4.2.1 Ti-Al_2O_3成分含量研究
4.2.2 SiC晶须含量研究
4.2.3 Ag粉含量研究
4.3 本章小结
第5章 熔覆层性能分析
5.1 熔覆层的硬度分析
5.1.1 Ti-Al_2O_3粉末熔覆层显微硬度
5.1.2 Al_2O_3-SiC-Ag-Ti熔覆层显微硬度
5.2 熔覆层的显微组织分析
5.2.1 Ti-Al_2O_3包覆粉末熔覆层显微组织
5.2.2 Al_2O_3-SiC-Ag-Ti熔覆层显微组织
5.3 熔覆层的耐磨性分析
5.4 本章小结
第6章 总结
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率双包层掺铥光纤放大器温度分布特性（英文）[J]. 张海伟,盛泉,史伟,白晓磊,付士杰,姚建铨. 红外与激光工程. 2017(06)
[2]包覆性材料的研究进展[J]. 陈华,鞠景喜,魏小娟,施春苗,魏青,王惟. 浙江冶金. 2016(Z2)
[3]激光熔覆修复航空发动机风扇机匣TC4钛合金静子叶片[J]. 罗奎林,郭双全,何勇,付俊波. 中国表面工程. 2015(06)
[4]TC4钛合金高温氧化行为[J]. 曾尚武,江海涛,赵爱民. 稀有金属材料与工程. 2015(11)
[5]激光加工技术的应用现状及发展趋势[J]. 唐霞辉. 金属加工(热加工). 2015(04)
[6]预热对Al2O3陶瓷激光熔覆层温度梯度影响的模拟[J]. 吴东江,吴楠,杨策,马广义,康仁科. 稀有金属材料与工程. 2013(10)
[7]TC4钛合金表面激光熔覆原位制备TiB陶瓷涂层的微观组织特征与硬度特性[J]. 林英华,陈志勇,李月华,朱卫华,文向东,王新林. 红外与激光工程. 2012(10)
[8]激光熔覆工艺参数对单道熔覆层宏观尺寸的影响[J]. 黄凤晓,江中浩,张健. 热加工工艺. 2010(18)
[9]基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟[J]. 赵洪运,舒凤远,张洪涛,杨贤群. 焊接学报. 2010(05)
[10]加热温度对纯钛氧化增重及表面形貌的影响[J]. 李俊刚,吕迎,金云学,宋照伟,王彦清. 热处理技术与装备. 2007(05)
硕士论文
[1]TC4合金激光熔覆耐磨自润滑涂层的组织与性能研究[D]. 周丹丹.天津工业大学 2017
[2]Al（OH）3胶体和SiO2胶体的制备及其对铀的吸附机理研究[D]. 张琪.南华大学 2014
本文编号：3171100
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 激光熔覆简介
1.1.2 钛合金激光熔覆研究现状
1.2 本论文研究目的及主要内容
第2章 材料制备与性能表征
2.1 试验材料
2.1.1 基体材料
2.1.2 溶凝胶法配制Ti-Al_2O_3熔覆材料
2.1.3 机械混合Ag粉与SiC晶须
2.2 激光熔覆试验设备
2.3 熔覆层分析测试方法
2.3.1 样品制备
2.3.2 显微组织及物相成分分析
2.3.3 耐磨性能检测
2.4 本章小结
第3章 随行保护装置设计
3.1 激光熔覆过程温度场仿真
3.1.1 有限元模型建立
3.1.2 热源模型
3.1.3 温度场仿真结果
3.2 随行保护装置结构设计
3.3 随行保护气流压力
3.4 本章小结
第4章 工艺参数及材料成分优化
4.1 激光熔覆工艺参数优化
4.1.1 单因素试验与结果分析
4.1.2 正交试验与结果分析
4.1.3 预热对熔覆层内部质量的影响
4.2 激光熔覆材料研究
4.2.1 Ti-Al_2O_3成分含量研究
4.2.2 SiC晶须含量研究
4.2.3 Ag粉含量研究
4.3 本章小结
第5章 熔覆层性能分析
5.1 熔覆层的硬度分析
5.1.1 Ti-Al_2O_3粉末熔覆层显微硬度
5.1.2 Al_2O_3-SiC-Ag-Ti熔覆层显微硬度
5.2 熔覆层的显微组织分析
5.2.1 Ti-Al_2O_3包覆粉末熔覆层显微组织
5.2.2 Al_2O_3-SiC-Ag-Ti熔覆层显微组织
5.3 熔覆层的耐磨性分析
5.4 本章小结
第6章 总结
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率双包层掺铥光纤放大器温度分布特性（英文）[J]. 张海伟,盛泉,史伟,白晓磊,付士杰,姚建铨. 红外与激光工程. 2017(06)
[2]包覆性材料的研究进展[J]. 陈华,鞠景喜,魏小娟,施春苗,魏青,王惟. 浙江冶金. 2016(Z2)
[3]激光熔覆修复航空发动机风扇机匣TC4钛合金静子叶片[J]. 罗奎林,郭双全,何勇,付俊波. 中国表面工程. 2015(06)
[4]TC4钛合金高温氧化行为[J]. 曾尚武,江海涛,赵爱民. 稀有金属材料与工程. 2015(11)
[5]激光加工技术的应用现状及发展趋势[J]. 唐霞辉. 金属加工(热加工). 2015(04)
[6]预热对Al2O3陶瓷激光熔覆层温度梯度影响的模拟[J]. 吴东江,吴楠,杨策,马广义,康仁科. 稀有金属材料与工程. 2013(10)
[7]TC4钛合金表面激光熔覆原位制备TiB陶瓷涂层的微观组织特征与硬度特性[J]. 林英华,陈志勇,李月华,朱卫华,文向东,王新林. 红外与激光工程. 2012(10)
[8]激光熔覆工艺参数对单道熔覆层宏观尺寸的影响[J]. 黄凤晓,江中浩,张健. 热加工工艺. 2010(18)
[9]基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟[J]. 赵洪运,舒凤远,张洪涛,杨贤群. 焊接学报. 2010(05)
[10]加热温度对纯钛氧化增重及表面形貌的影响[J]. 李俊刚,吕迎,金云学,宋照伟,王彦清. 热处理技术与装备. 2007(05)
硕士论文
[1]TC4合金激光熔覆耐磨自润滑涂层的组织与性能研究[D]. 周丹丹.天津工业大学 2017
[2]Al（OH）3胶体和SiO2胶体的制备及其对铀的吸附机理研究[D]. 张琪.南华大学 2014
本文编号：3171100
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