钛合金表面激光熔覆层性能的研究及改善

发布时间：2017-09-04 15:34

  本文关键词：钛合金表面激光熔覆层性能的研究及改善

  更多相关文章： 激光熔覆 稀土氧化物 氧化锆 激光重熔 显微硬度 耐磨性

【摘要】：钛合金具有高强度、低密度、抗防蚀等优良的综合性能。作为高性能材料,被广泛应用于各种领域：机械、电子、冶金、石油化工、航空航天等。然而钛合金较低的硬度和较差的耐磨性限制了其进一步应用。激光熔覆作为一种金属表面改性工艺,利用高能激光束在金属表面熔覆一层高硬度、热稳定性好、耐磨性能好、抗高温,且可以与基体形成良好冶金的的涂层。本文通过激光熔覆技术在TA15钛合金表面制备了钴基复合材料熔覆层,同时不断尝试添加其他增强相、改善工艺条件,以提高熔覆层的质量,进而提高熔覆层的性能。本文选用的熔覆材料为钴基合金粉末Stellite-6,分别尝试了在钴基合金粉末中添加了稀土氧化物Y203和陶瓷氧化锆颗粒,又尝试将激光重熔技术与激光熔覆技术相结合,对涂层进行了分析。通过扫描电镜和金相显微镜观察涂层的显微结构,XRD衍射仪分析涂层的相结构,显微硬度和耐磨性分别在DHV-1000型维氏硬度计和UMT-2多功能磨损试验仪上检测。在钛合金TA15表面制备含有不同含量氧化钇的熔覆层,分析发现,熔覆层中的氧化钇减小了熔覆层树枝晶二次枝晶的间距,细化了晶粒和碳化物,使组织分布均匀,提高了熔覆层的致密性。其中含有0.8wt% Y2O3的熔覆层耐磨性约为基体的53倍,显微硬度高达HV1181.1,约为基体的3倍。陶瓷粉末氧化锆在激光熔覆技术中的主要增韧机制有相变增韧和弥散增韧,将其作为增韧相以适当的比例添加到钴基合金粉末(Stellite-6)中,选择合适的工艺参数,在钛合金TA15表面制备出了掺杂5wt%氧化锆的钴基合金涂层。实验结果表明：含有氧化锆的钴基合金涂层的晶粒得到细化,组织均匀分布,涂层的致密度得到提高；含有氧化锆熔覆层中的裂纹得到了修复,熔覆层的组织性能得到改善,X射线衍射(XRD)的分析也证实了熔覆层中存在单斜相的氧化锆,即发生了相变增韧；同时氧化锆的加入提高了熔覆层的显微硬度和耐磨性。将激光重熔技术与激光熔覆技术相结合,激光重熔技术对熔覆层再一次作用,可以有效缓解熔覆层的残余热应力、提高硬质相的含量、细化枝晶,进而减少了熔覆层的裂纹和气孔,提高熔覆层的致密性和平整度。经过激光重熔的涂层的最高显微硬度值达HV1170,约是基体钛合金TA15的3倍多。
【关键词】：激光熔覆 稀土氧化物 氧化锆 激光重熔 显微硬度 耐磨性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 钛与钛合金的介绍9-10
• 1.1.1 钛和钛合金的基本性质9-10
• 1.1.2 钛和钛合金的应用10
• 1.1.3 钛和钛合金应用的限制因素10
• 1.2 钛合金激光表面改性工艺10-14
• 1.2.1 传统表面改性技术概况11
• 1.2.2 钛合金激光表面改性技术工艺11-14
• 1.3 激光熔覆技术14-20
• 1.3.1 激光熔覆的机理及特点14-15
• 1.3.2 激光工艺的选择15-16
• 1.3.3 基体表面预处理16-18
• 1.3.4 多道搭接激光熔覆技术18-19
• 1.3.5 存在问题及研究现状19-20
• 1.4 本文研究主要内容和目的20-22
• 2 实验设备、材料及方法22-26
• 2.1 实验设备22
• 2.2 实验材料22-23
• 2.2.1 基体材料22
• 2.2.2 熔覆材料的选用和制备22-23
• 2.3 实验方法23-26
• 2.3.1 显微组织分析23
• 2.3.2 微硬度测试23
• 2.3.3 耐磨性测试23-26
• 3 氧化钇对钛合金(TA15)表面钴基熔覆层组织性能的影响26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 熔覆材料及工艺参数26-27
• 3.3 分析与讨论27-37
• 3.3.1 熔覆层的显微组织分析27-29
• 3.3.2 XRD物相分析29-31
• 3.3.3 EPMA成分分析31-32
• 3.3.4 熔覆层的耐磨性分析32-36
• 3.3.5 熔覆层的显微硬度分析36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 氧化锆对钛合金(TA15)表面钻基熔覆层组织性能的影响38-47
• 4.1 引言38
• 4.2 实验材料和激光熔覆工艺38-39
• 4.3 分析与讨论39-46
• 4.3.1 熔覆层的显微组织分析39-40
• 4.3.2 熔覆层的裂纹分析40-42
• 4.3.3 XRD物相分析42-43
• 4.3.4 熔覆层的显微硬度分析43-44
• 4.3.5 熔覆层的耐磨性分析44-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 激光重熔对钛合金(TA15)表面钴基熔覆层组织性能的影响47-54
• 5.1 引言47
• 5.2 实验材料及工艺参数47
• 5.3 结果与讨论47-53
• 5.3.1 涂层的宏观形貌47-49
• 5.3.2 涂层的显微组织分析49-50
• 5.3.3 EPMA成分分析50-52
• 5.3.4 涂层的显微硬度分析52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 结论54-56
• 参考文献56-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陈庆华,魏仑,龙晋明,李俊昌;激光熔覆NiCrAl-陶瓷涂层的显微组织研究[J];中国工程科学;2001年10期

2 孙荣禄,杨德庄,郭立新,董尚利;激光工艺参数对钛合金表面NiCrBSi合金熔覆层组织及硬度的影响[J];光学技术;2001年01期

3 彭昂;毛振东;;钛合金的研究进展与应用现状[J];船电技术;2012年10期

4 钟敏霖,刘文今;Stellite 6+WC激光熔覆层微观组织的演变[J];金属学报;2002年05期

5 张松,张春华,张松,吴维(山文),王茂才,张春华,刘常升,李诗卓,李曙;TiC/Ti复合材料激光熔覆层的冲击磨粒磨损性能[J];金属学报;2002年10期

6 孟祥军,汪汀;船用钛合金发展概况[J];钛工业进展;2000年05期

，

本文编号：792377