激光熔覆钛基金属陶瓷复合涂层的组织与性能
发布时间：2021-07-24 09:28
为了提高TC4合金的耐磨减摩性,利用激光熔覆技术在TC4合金表面激光熔覆TC4+h-BN混合粉末制备钛基金属陶瓷复合涂层,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）等手段对熔覆层宏观形貌和微观组织进行观察,利用显微硬度计对熔覆层、热影响区、基体的硬度进行测试,通过摩擦磨损试验机对熔覆层和基体的摩擦因数进行测量,利用电子精密天平对熔覆层和基体的磨损量进行检测。结果表明:熔覆层主要由杆状相Ti B、三元共晶组织（Ti-B-N）和基底α-Ti组成。熔覆层硬度分布在1000～1200 HV0.5之间,熔覆层磨损机理为轻微的磨粒磨损,TC4基体为严重的磨粒磨损。熔覆层摩擦因数较基体下降了0.04,磨损量较基体下降了7 mg,熔覆层的耐磨减摩性能较基体有所提高。
【文章来源】：金属热处理. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
熔覆层的宏观形貌(a)及结合区形貌(b)
材料的组织容易随着成分及加工工艺而发生变化，是一个影响材料性能的极敏感而又重要的内部因素[8]。图3为熔覆层的微观组织图，从图3(a)中看出，树枝晶A1相，花瓣状A2相，杆状A3相等组织分布于基底A4中。对熔覆层各物相进行EDS检测，结果如图4所示。树枝晶A1相主要检测出了Ti、B、N元素，且三者原子比约为1∶1∶1，因此树枝晶A1相为(Ti-B-N)三元共晶组织。对其形成原因进行分析，在激光熔覆过程中，BN分解为B、N元素，由于Ti N的自由能低，因此Ti N的结晶形核驱动力大于Ti B，在熔池冷却过程中N元素首先与Ti反应生成Ti N，由Ti-N二元相图[9]可知，Ti N结晶过程中容易形成成分过冷，且Ti N属于典型的Na Cl型晶体结构[10]，因此在结晶过程中生长为如图3中A1相所示树枝晶形貌，由于Ti N属面心立方点阵，晶格常数a=0.4241 nm，而B原子的原子半径很小，易占据Ti N晶格中的间隙位置，与Ti、N一起形成间隙固溶体，因此树枝晶A1相为(Ti-B-N)三元共晶组织。部分树枝晶生长成图3(b)所示的二次枝晶，出现这种现象的原因是在熔池冷却的过程中，Ti、N原子发生重新排列形成晶核，晶核按其原子规则排列的各自取向长大，由于刚开始形成的晶核为多面体晶体，在负温度梯度下是不稳定的，在多面体晶体的尖端或棱角处长出一次晶枝，在一次枝晶形成的同时，其与周围过冷液体的界面也是不稳定的，因此在一次枝晶上同样会出现很多凸出尖端，它们长大成为垂直于一次枝晶的二次晶枝。
部分树枝晶生长成图3(b)所示的二次枝晶，出现这种现象的原因是在熔池冷却的过程中，Ti、N原子发生重新排列形成晶核，晶核按其原子规则排列的各自取向长大，由于刚开始形成的晶核为多面体晶体，在负温度梯度下是不稳定的，在多面体晶体的尖端或棱角处长出一次晶枝，在一次枝晶形成的同时，其与周围过冷液体的界面也是不稳定的，因此在一次枝晶上同样会出现很多凸出尖端，它们长大成为垂直于一次枝晶的二次晶枝。在花瓣状A2相中同样检测出了Ti、B、N元素，三者原子比接近1∶1∶1，因此A2相亦是(Ti-B-N)三元共晶组织，对其形成原因进行分析，首先要看树枝晶的生长过程，见图5，α为树枝晶纵截面，β为树枝晶横截面，根据树枝晶的生长过程可以发现树枝晶A1相为其纵截面生长形貌，而花瓣状A2相为其横截面生长形貌，因此A1、A2相都是(Ti-B-N)三元共晶组织。在杆状A3相中主要检测出Ti元素与B元素，且二者原子比为1∶1，因此A3相为Ti B。当间隙固溶体饱和后，富余的B元素与Ti反应生成Ti B,Ti B为B27有序斜方结构，原子结合具有各向异性[11]，形核时在[010]方向上的生长速度大于另外两个方向，因此形成如图3(a)中箭头所指的杆状A3相形貌。在A4相中检测出大量Ti元素，说明A4相为基底α-Ti。
【参考文献】：
期刊论文
[1]预置粉末成分对激光熔覆Ti合金复合涂层组织与性能的影响[J]. 郑强,张有凤,任江伟,孔海娟. 金属热处理. 2019(03)
[2]增强颗粒对TiB2/Al-Zn-Mg-Cu复合材料均匀化过程的影响[J]. 王海靖,李贺,柴丽华,陈子勇,金头男. 金属热处理. 2018(12)
[3]Ni对钛合金表面稀土激光熔覆层中TiC生长的影响[J]. 刘亚楠,孙荣禄,张天刚. 金属热处理. 2018(09)
[4]低成本TC4钛合金板材的组织和性能[J]. 冯秋元,张磊,庞洪,张平辉,佟学文,王鼎春,高颀. 金属热处理. 2016(06)
[5]激光熔覆原位自生CrxSy/Ni基复合涂层的微观组织和摩擦磨损性能[J]. 孙荣禄,牛伟,雷贻文,唐英. 中国激光. 2013(10)
[6]钛合金表面激光熔覆的研究进展[J]. 张维平,赵玉兰,李廷举. 表面技术. 2007(05)
[7]激光熔覆TiC陶瓷涂层的组织和摩擦磨损性能研究[J]. 孙荣禄,杨贤金. 光学技术. 2006(02)
[8]钛基复合材料激光熔覆层显微组织及其强化机制[J]. 武万良,王振廷,孙俭峰. 中国表面工程. 2005(04)
本文编号：3300392
【文章来源】：金属热处理. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
熔覆层的宏观形貌(a)及结合区形貌(b)
材料的组织容易随着成分及加工工艺而发生变化，是一个影响材料性能的极敏感而又重要的内部因素[8]。图3为熔覆层的微观组织图，从图3(a)中看出，树枝晶A1相，花瓣状A2相，杆状A3相等组织分布于基底A4中。对熔覆层各物相进行EDS检测，结果如图4所示。树枝晶A1相主要检测出了Ti、B、N元素，且三者原子比约为1∶1∶1，因此树枝晶A1相为(Ti-B-N)三元共晶组织。对其形成原因进行分析，在激光熔覆过程中，BN分解为B、N元素，由于Ti N的自由能低，因此Ti N的结晶形核驱动力大于Ti B，在熔池冷却过程中N元素首先与Ti反应生成Ti N，由Ti-N二元相图[9]可知，Ti N结晶过程中容易形成成分过冷，且Ti N属于典型的Na Cl型晶体结构[10]，因此在结晶过程中生长为如图3中A1相所示树枝晶形貌，由于Ti N属面心立方点阵，晶格常数a=0.4241 nm，而B原子的原子半径很小，易占据Ti N晶格中的间隙位置，与Ti、N一起形成间隙固溶体，因此树枝晶A1相为(Ti-B-N)三元共晶组织。部分树枝晶生长成图3(b)所示的二次枝晶，出现这种现象的原因是在熔池冷却的过程中，Ti、N原子发生重新排列形成晶核，晶核按其原子规则排列的各自取向长大，由于刚开始形成的晶核为多面体晶体，在负温度梯度下是不稳定的，在多面体晶体的尖端或棱角处长出一次晶枝，在一次枝晶形成的同时，其与周围过冷液体的界面也是不稳定的，因此在一次枝晶上同样会出现很多凸出尖端，它们长大成为垂直于一次枝晶的二次晶枝。
部分树枝晶生长成图3(b)所示的二次枝晶，出现这种现象的原因是在熔池冷却的过程中，Ti、N原子发生重新排列形成晶核，晶核按其原子规则排列的各自取向长大，由于刚开始形成的晶核为多面体晶体，在负温度梯度下是不稳定的，在多面体晶体的尖端或棱角处长出一次晶枝，在一次枝晶形成的同时，其与周围过冷液体的界面也是不稳定的，因此在一次枝晶上同样会出现很多凸出尖端，它们长大成为垂直于一次枝晶的二次晶枝。在花瓣状A2相中同样检测出了Ti、B、N元素，三者原子比接近1∶1∶1，因此A2相亦是(Ti-B-N)三元共晶组织，对其形成原因进行分析，首先要看树枝晶的生长过程，见图5，α为树枝晶纵截面，β为树枝晶横截面，根据树枝晶的生长过程可以发现树枝晶A1相为其纵截面生长形貌，而花瓣状A2相为其横截面生长形貌，因此A1、A2相都是(Ti-B-N)三元共晶组织。在杆状A3相中主要检测出Ti元素与B元素，且二者原子比为1∶1，因此A3相为Ti B。当间隙固溶体饱和后，富余的B元素与Ti反应生成Ti B,Ti B为B27有序斜方结构，原子结合具有各向异性[11]，形核时在[010]方向上的生长速度大于另外两个方向，因此形成如图3(a)中箭头所指的杆状A3相形貌。在A4相中检测出大量Ti元素，说明A4相为基底α-Ti。
【参考文献】：
期刊论文
[1]预置粉末成分对激光熔覆Ti合金复合涂层组织与性能的影响[J]. 郑强,张有凤,任江伟,孔海娟. 金属热处理. 2019(03)
[2]增强颗粒对TiB2/Al-Zn-Mg-Cu复合材料均匀化过程的影响[J]. 王海靖,李贺,柴丽华,陈子勇,金头男. 金属热处理. 2018(12)
[3]Ni对钛合金表面稀土激光熔覆层中TiC生长的影响[J]. 刘亚楠,孙荣禄,张天刚. 金属热处理. 2018(09)
[4]低成本TC4钛合金板材的组织和性能[J]. 冯秋元,张磊,庞洪,张平辉,佟学文,王鼎春,高颀. 金属热处理. 2016(06)
[5]激光熔覆原位自生CrxSy/Ni基复合涂层的微观组织和摩擦磨损性能[J]. 孙荣禄,牛伟,雷贻文,唐英. 中国激光. 2013(10)
[6]钛合金表面激光熔覆的研究进展[J]. 张维平,赵玉兰,李廷举. 表面技术. 2007(05)
[7]激光熔覆TiC陶瓷涂层的组织和摩擦磨损性能研究[J]. 孙荣禄,杨贤金. 光学技术. 2006(02)
[8]钛基复合材料激光熔覆层显微组织及其强化机制[J]. 武万良,王振廷,孙俭峰. 中国表面工程. 2005(04)
本文编号：3300392
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3300392.html
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