钛合金表面激光重熔金属基复合涂层的组织和性能研究

发布时间：2017-09-08 08:07

  本文关键词：钛合金表面激光重熔金属基复合涂层的组织和性能研究

  更多相关文章： 激光熔覆 激光重熔 组织演变 显微硬度 断裂韧性 耐磨性

【摘要】：钛合金较差的表面性能如低硬度、易发生粘着磨损,大大限制了其应用领域。激光熔覆作为一种优良的表面工程技术,可以有效提高其表面性能。本文使用HL-5000型连续横流CO2气体激光器,在钛合金表面激光熔覆4组WC-纯Ni-Ni Cr BSi合金粉末体系后,成功制备了与Ti6Al4V冶金结合良好的具有优异耐磨性的复合涂层。之后,开展了对30%WC-70%纯Ni与30%WC-21%纯Ni-49%Ni Cr BSi两组成分的熔覆层进行激光重熔处理的实验。通过使用XRD、OM、SEM以及EDS等手段,调查了熔覆材料成分变化和激光重熔对熔覆层组织演变的影响。此外,利用显微硬度计、维氏硬度计、摩擦磨损综合测试机、轮廓仪以及电子天平,也研究了涂层显微硬度、断裂韧性和耐磨性等力学性能变化。激光熔覆4组WC+纯Ni+Ni Cr BSi粉末的复合涂层试验表明:涂层1(30%WC-70%纯Ni)主要由作为增强相的WC、Ti C与作为基质的?(Ti)、Ti Ni和Ti2Ni组成,两种新相(W,Ti)C与Ni3B在涂层2(30%WC-21%Ni-49%Ni Cr BSi)中形成。当熔覆材料中Ni Cr BSi含量由63%增加到70%时,涂层基质由Ti Ni和Ti Ni3组成,并且改善了组织均匀性。随着熔覆层中Ni Cr BSi含量的增加,涂层的硬度逐渐增加(745 HV0.1,976 HV0.1,1046 HV0.1和1107 HV0.1),而涂层断裂韧性呈现下降的趋势(4.20 MPa·m1/2,3.57 MPa·m1/2,3.02 MPa·m1/2和2.92 MPa·m1/2)。此外,涂层的硬度逐渐增加而断裂韧性是降低的,涂层磨损机制由涂层1的微观切削变为涂层2和3的微观切削和脆性剥落混合,再变为涂层4的脆性剥落。涂层2的熔覆材料体系有利于涂层耐磨性的提高。激光重熔30%WC-21%纯Ni-49%Ni Cr BSi成分的熔覆层试验表明:涂层主要由(W,Ti)C、Ti C、Ni3B、Ni4B3、?(Ti)、Ti Ni和Ti2Ni物相组成,并且重熔后更多富含Ti的化合物如?(Ti)与Ti2Ni生成;涂层的表面轮廓呈现凸起圆弧状,在重熔后弧度大大降低,并且它们的稀释率分别是54.0%和74.1%;涂层重熔前后的硬度分别是1021.7HV和923.7 HV,而涂层断裂韧性从3.57 MPa·m1/2增加到4.81 MPa·m1/2。激光重熔30%WC-70%纯Ni成分的熔覆层试验表明:相比于熔覆层,重熔后涂层变得更加致密并且缺陷数量大大减少;虽然重熔前后涂层平均硬度十分接近(726.9HV0.1和746.0 HV0.1),但它们的值相比于Ti6Al4V基体的硬度(386.0 HV0.1)提高了2倍左右;而涂层的断裂韧性重熔前的2.63 MPa·m1/2变为重熔后的3.15 MPa·m1/2,大约增加了20%;涂层重熔前后的磨损体积和磨损质量变化也揭示了重熔后涂层耐磨性的改善。
【关键词】：激光熔覆 激光重熔 组织演变 显微硬度 断裂韧性 耐磨性
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 激光熔覆技术13-16
• 1.3 激光熔覆层缺陷分析16-17
• 1.4 针对熔覆层缺陷改善的研究综述17-19
• 1.5 本课题主要研究内容19-20
• 第二章 实验材料及方法20-28
• 2.1 实验材料20-22
• 2.2 激光处理前的准备22
• 2.3 激光熔覆及重熔过程22-24
• 2.4 金相试样及摩擦试样的制备24-25
• 2.5 涂层的组织观察和性能测试方法25-28
• 第三章 激光熔覆WC/Ni Cr BSi-Ni粉末的研究28-42
• 3.1 熔覆层组织分析28-35
• 3.2 熔覆层硬度及断裂韧性分析35-37
• 3.3 熔覆层耐磨性分析37-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 激光重熔 30%WC-49Ni Cr BSi-21%Ni涂层的研究42-51
• 4.1XRD分析42-44
• 4.2 涂层的稀释率分析44-46
• 4.3 组织分析46-48
• 4.4 涂层硬度及断裂韧性分析48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 激光重熔 30%WC-70%Ni涂层的研究51-63
• 5.1 组织形貌分析51-53
• 5.2 物相组成及成分分析53-56
• 5.3 涂层显微硬度分析56-58
• 5.4 涂层开裂敏感性分析58-59
• 5.5 涂层耐磨性分析59-62
• 5.6 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 全文总结63-64
• 6.2 对本课题的研究展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

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本文编号：812856