车用钛合金激光熔覆Co07粉末性能研究
发布时间：2021-07-03 11:21
钛合金因为远优于其他轻量化材料的比强度和优异的力学性能,成为汽车轻量化材料的重要选择,被广泛应用于汽车、航天航空和船舶海洋等领域。激光熔覆可以显著提高车用钛合金表面的耐磨性能和耐蚀性能,推动其在汽车工业的进一步发展应用。本课题针对钛合金在汽车服役环境下的磨损和腐蚀失效问题,选择Co基粉末Co07作为激光熔覆试验所用材料,在钛合金表面进行激光熔覆制备Co基覆层来提升其耐磨耐蚀性能,延长其在车辆服役环境下的使用寿命。本文主要研究内容包括车用钛合金覆层的工艺优化、车用钛合金覆层常温和高温摩擦磨损分析、车用钛合金覆层耐蚀性能分析、车用钛合金微观组织、物相组成和元素分布分析,最后课题研究了扫描速度变化对车辆服役环境下覆层性能的影响。首先,使用正交试验法和正交矩阵分析法,以稀释率和显微硬度作为水平指标,进行电流、脉宽和频率的激光器工艺参数优化,并使用最优参数制备车用钛合金覆层。其次,分析覆层的车辆摩擦和腐蚀服役环境。使用摩擦磨损试验机对车用钛合金覆层进行常温和高温摩擦磨损试验。从常温及高温摩擦磨损系数和失重方面对比分析车用钛合金及其覆层耐磨性能,使用场发射扫描电镜对车用钛合金覆层摩擦磨损形貌及其元...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国汽车发展现状图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-影响部件正常服役情况，而摩擦磨损带来的摩擦副服役表面材料大料脱落也会造成摩擦部件失效情况。图1-2钛合金管道腐蚀失效[21]表面改性技术可以快速有效地提高车用钛合金表面的耐磨性能和耐蚀性能，延长其使用寿命，是解决其失效问题的重要手段。车用钛合金表面改性的目的是制备耐磨性能和耐蚀性能优异的覆层，以延长其在车辆服役环境下的工作寿命。车用钛合金表面改性技术包括氮化[23]、渗碳[24]、电催化氧化[25]、物理气相沉积[26]、化学气相沉积[27]和离子注入[28]等方式，但是这些方式存在渗层氮化层不均匀，电催化反应效率低下，沉积层与车用钛合金结合较差，离子注入设备复杂昂贵且注入层较浅等诸多缺点。而激光熔覆可以在车用钛合金表面制备出致密且性能优异的覆层，其覆层与车用钛合金形成优良的冶金结合，不易脱落，处理能力相对更快，快速加热、冷却速率、高热梯度和快速在凝固速度可以产生致密的覆层，并且可以通过控制工艺参数和熔覆材料组成制备满足服役要求的覆层[29]。因此通过激光熔覆在车用钛合金服役表面制备覆层来提高其表面性能，延长车用钛合金的服役寿命逐渐成为钛合金汽车应用发展的重要内容。1.2国内外研究现状况1.2.1国内研究现状国内众多学者也纷纷将大量科研力量投入到汽车轻量化的研究中，而汽车轻量化材料的应用是汽车轻量化技术的重要方向，也是降低汽车重量最为直接有效的手段[30]。汽车轻量化材料主要包括高强度钢、铝合金、镁合金、钛合金和复合材料，而钛合金因其远优于其他轻量化材料的比强度和综合力学性能受到国内汽车行业科研人员的广泛关注[31,32]。钛合金的表面失效问题一直是限制其在汽车上进一步应用的重要问题，通过表面改性技术改善其表面性能，是解决车?
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-NiCrBSi、TiN和WS2粉末激光熔覆车用钛合金，制备了原位生成TiS润滑剂相TiN增强Ni基复合涂层。结果表明，与基材（370HV0.2）相比，覆层的硬度（约900HV0.2）显著提高。这些涂层的摩擦系数和磨损率已显著降低，如图1-3所示。a)摩擦磨损系数图b)摩擦磨损深度图图1-3不同扫描速度制备的覆层耐磨性图[43]李眉葭[44]使用Ni60+Ti3SiC2粉末在车用钛合金上成功制备耐磨减摩覆层，并对稀土CeO2的添加对覆层性能的影响进行探究，覆层主要由Ti3SiC2、TiC和TiB等Ti的化合物组成，该覆层的摩擦系数和磨损量均远低于车用钛合金，而稀土的加入明显提高覆层的显微硬度，但是并未考虑覆层在磨损产生后在腐蚀服役环境中的耐蚀性问题。张红霞[45]使用Ti-Al-Si作为熔覆材料，在车用钛合金表面制备高硬度的耐磨复合陶瓷覆层，并添加TiC和Y2O3粉末来能提高覆层的耐磨性能，并探究高温对覆层耐磨性能的影响，发现随着温度升高，覆层磨损量逐渐增大。余鹏程[46]在车用钛合金表面成功制备NiCrAlSi和NiCrAlSiC复合覆层，平均显微硬度为覆层的2-3倍，并对其常温和高温摩擦学性能进行分析，覆层的高温耐磨性能为基体的2倍，而Si含量对覆层的耐磨性至关重要。车用钛合金表面激光熔覆Co基粉末极易形成TiCo系金属间化合物，而CoTi金属间化合物可以有效提高覆层的耐磨性能。XueY等[47]成功制备主要含CoTi和CoTi2相的TiCo合金，并将其与耐磨性能优良的硬化高速钢W18Cr4V和轴承钢1.0％C-1.5％Cr在同样试验条件下进行摩擦磨损试验分析比较其耐磨性能。CoTi合金的磨损质量损失和磨损体积损失率均显著低于两种参考材料。张珊[48]在车用钛合金表面成功制备CoCrWBSiNiC钴基覆层，Co基粉末与TC4粉末的熔点密度和热膨胀系数相近，获得含有CoTi硬?
【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]两步式约束粒子群优化算法及其在新能源汽车轻量化设计中的应用[J]. 李泽阳,刘钊,朱平. 汽车工程. 2019(01)
[3]基于高强钢与材料填充的白车身耐撞性轻量化设计[J]. 姚宙,郝玉敏,李亦文,李红建. 机械强度. 2019(01)
[4]汽车轻量化材料及连接技术现状分析[J]. 孙建亮,王立新,康医飞,张瑾. 汽车实用技术. 2018(24)
[5]钛合金齿轮的表面处理与应用[J]. 李争显,姬寿长,王彦峰,王浩楠,刘林涛,杜继红,骆瑞雪,张宝坤. 钛工业进展. 2018(06)
[6]激光熔覆对钛合金性能的影响[J]. 唐洋洋,袁守谦,杨潘,杨柳,冯璐. 特种铸造及有色合金. 2018(11)
[7]汽车车身铝合金连接技术综述[J]. 李勇,宋筠毅,程德富,章敏,周宇斌. 汽车工艺师. 2018(11)
[8]汽车轻量化对金属材料的需求[J]. 朴明洙,金妍青. 石油商技. 2018(05)
[9]新能源汽车铝合金冲压轻量化技术[J]. 张生林. 设备管理与维修. 2018(17)
[10]某商用车发动机排气门磨损失效分析[J]. 张薇,柳超,李文平,刘瑶. 汽车工艺与材料. 2018(08)
博士论文
[1]钛合金表面激光熔覆陶瓷Ti-Al-Si复合涂层的组织结构与耐磨性[D]. 张红霞.山东大学 2016
硕士论文
[1]稀土氧化物CeO2对H13钢激光熔覆钴基合金组织和性能的影响[D]. 魏铭.哈尔滨工业大学 2018
[2]合金钢制动盘材料的摩擦及表面损伤研究[D]. 郭红伟.北京交通大学 2018
[3]TC4表面激光熔覆耐磨涂层组织结构及性能的研究[D]. 林熙.天津工业大学 2018
[4]TC4激光熔覆Ni60Ti3SiC2自润滑涂层的研究[D]. 李眉葭.天津工业大学 2018
[5]H13钢表面激光熔覆Co基合金覆层组织与性能分析[D]. 许国敬.哈尔滨工业大学 2017
[6]激光合金化制备TC4钛合金抗高温氧化及耐磨复合涂层性能研究[D]. 韩杰阁.华中科技大学 2017
[7]关于燃气发动机气门及其座圈使用寿命提升的研究[D]. 刘庆雷.山东大学 2017
[8]H13钢表面激光熔覆CoCrFeNiSiB非晶覆层的组织与性能研究[D]. 田泽.哈尔滨工业大学 2016
[9]Ti6Al4V合金表面激光原位合成耐磨及高温抗氧化复合涂层性能研究[D]. 余鹏程.苏州大学 2016
[10]钛合金激光熔覆钴基涂层的制备及数值模拟[D]. 张珊.大连理工大学 2015
本文编号：3262485
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国汽车发展现状图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-影响部件正常服役情况，而摩擦磨损带来的摩擦副服役表面材料大料脱落也会造成摩擦部件失效情况。图1-2钛合金管道腐蚀失效[21]表面改性技术可以快速有效地提高车用钛合金表面的耐磨性能和耐蚀性能，延长其使用寿命，是解决其失效问题的重要手段。车用钛合金表面改性的目的是制备耐磨性能和耐蚀性能优异的覆层，以延长其在车辆服役环境下的工作寿命。车用钛合金表面改性技术包括氮化[23]、渗碳[24]、电催化氧化[25]、物理气相沉积[26]、化学气相沉积[27]和离子注入[28]等方式，但是这些方式存在渗层氮化层不均匀，电催化反应效率低下，沉积层与车用钛合金结合较差，离子注入设备复杂昂贵且注入层较浅等诸多缺点。而激光熔覆可以在车用钛合金表面制备出致密且性能优异的覆层，其覆层与车用钛合金形成优良的冶金结合，不易脱落，处理能力相对更快，快速加热、冷却速率、高热梯度和快速在凝固速度可以产生致密的覆层，并且可以通过控制工艺参数和熔覆材料组成制备满足服役要求的覆层[29]。因此通过激光熔覆在车用钛合金服役表面制备覆层来提高其表面性能，延长车用钛合金的服役寿命逐渐成为钛合金汽车应用发展的重要内容。1.2国内外研究现状况1.2.1国内研究现状国内众多学者也纷纷将大量科研力量投入到汽车轻量化的研究中，而汽车轻量化材料的应用是汽车轻量化技术的重要方向，也是降低汽车重量最为直接有效的手段[30]。汽车轻量化材料主要包括高强度钢、铝合金、镁合金、钛合金和复合材料，而钛合金因其远优于其他轻量化材料的比强度和综合力学性能受到国内汽车行业科研人员的广泛关注[31,32]。钛合金的表面失效问题一直是限制其在汽车上进一步应用的重要问题，通过表面改性技术改善其表面性能，是解决车?
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-NiCrBSi、TiN和WS2粉末激光熔覆车用钛合金，制备了原位生成TiS润滑剂相TiN增强Ni基复合涂层。结果表明，与基材（370HV0.2）相比，覆层的硬度（约900HV0.2）显著提高。这些涂层的摩擦系数和磨损率已显著降低，如图1-3所示。a)摩擦磨损系数图b)摩擦磨损深度图图1-3不同扫描速度制备的覆层耐磨性图[43]李眉葭[44]使用Ni60+Ti3SiC2粉末在车用钛合金上成功制备耐磨减摩覆层，并对稀土CeO2的添加对覆层性能的影响进行探究，覆层主要由Ti3SiC2、TiC和TiB等Ti的化合物组成，该覆层的摩擦系数和磨损量均远低于车用钛合金，而稀土的加入明显提高覆层的显微硬度，但是并未考虑覆层在磨损产生后在腐蚀服役环境中的耐蚀性问题。张红霞[45]使用Ti-Al-Si作为熔覆材料，在车用钛合金表面制备高硬度的耐磨复合陶瓷覆层，并添加TiC和Y2O3粉末来能提高覆层的耐磨性能，并探究高温对覆层耐磨性能的影响，发现随着温度升高，覆层磨损量逐渐增大。余鹏程[46]在车用钛合金表面成功制备NiCrAlSi和NiCrAlSiC复合覆层，平均显微硬度为覆层的2-3倍，并对其常温和高温摩擦学性能进行分析，覆层的高温耐磨性能为基体的2倍，而Si含量对覆层的耐磨性至关重要。车用钛合金表面激光熔覆Co基粉末极易形成TiCo系金属间化合物，而CoTi金属间化合物可以有效提高覆层的耐磨性能。XueY等[47]成功制备主要含CoTi和CoTi2相的TiCo合金，并将其与耐磨性能优良的硬化高速钢W18Cr4V和轴承钢1.0％C-1.5％Cr在同样试验条件下进行摩擦磨损试验分析比较其耐磨性能。CoTi合金的磨损质量损失和磨损体积损失率均显著低于两种参考材料。张珊[48]在车用钛合金表面成功制备CoCrWBSiNiC钴基覆层，Co基粉末与TC4粉末的熔点密度和热膨胀系数相近，获得含有CoTi硬?
【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]两步式约束粒子群优化算法及其在新能源汽车轻量化设计中的应用[J]. 李泽阳,刘钊,朱平. 汽车工程. 2019(01)
[3]基于高强钢与材料填充的白车身耐撞性轻量化设计[J]. 姚宙,郝玉敏,李亦文,李红建. 机械强度. 2019(01)
[4]汽车轻量化材料及连接技术现状分析[J]. 孙建亮,王立新,康医飞,张瑾. 汽车实用技术. 2018(24)
[5]钛合金齿轮的表面处理与应用[J]. 李争显,姬寿长,王彦峰,王浩楠,刘林涛,杜继红,骆瑞雪,张宝坤. 钛工业进展. 2018(06)
[6]激光熔覆对钛合金性能的影响[J]. 唐洋洋,袁守谦,杨潘,杨柳,冯璐. 特种铸造及有色合金. 2018(11)
[7]汽车车身铝合金连接技术综述[J]. 李勇,宋筠毅,程德富,章敏,周宇斌. 汽车工艺师. 2018(11)
[8]汽车轻量化对金属材料的需求[J]. 朴明洙,金妍青. 石油商技. 2018(05)
[9]新能源汽车铝合金冲压轻量化技术[J]. 张生林. 设备管理与维修. 2018(17)
[10]某商用车发动机排气门磨损失效分析[J]. 张薇,柳超,李文平,刘瑶. 汽车工艺与材料. 2018(08)
博士论文
[1]钛合金表面激光熔覆陶瓷Ti-Al-Si复合涂层的组织结构与耐磨性[D]. 张红霞.山东大学 2016
硕士论文
[1]稀土氧化物CeO2对H13钢激光熔覆钴基合金组织和性能的影响[D]. 魏铭.哈尔滨工业大学 2018
[2]合金钢制动盘材料的摩擦及表面损伤研究[D]. 郭红伟.北京交通大学 2018
[3]TC4表面激光熔覆耐磨涂层组织结构及性能的研究[D]. 林熙.天津工业大学 2018
[4]TC4激光熔覆Ni60Ti3SiC2自润滑涂层的研究[D]. 李眉葭.天津工业大学 2018
[5]H13钢表面激光熔覆Co基合金覆层组织与性能分析[D]. 许国敬.哈尔滨工业大学 2017
[6]激光合金化制备TC4钛合金抗高温氧化及耐磨复合涂层性能研究[D]. 韩杰阁.华中科技大学 2017
[7]关于燃气发动机气门及其座圈使用寿命提升的研究[D]. 刘庆雷.山东大学 2017
[8]H13钢表面激光熔覆CoCrFeNiSiB非晶覆层的组织与性能研究[D]. 田泽.哈尔滨工业大学 2016
[9]Ti6Al4V合金表面激光原位合成耐磨及高温抗氧化复合涂层性能研究[D]. 余鹏程.苏州大学 2016
[10]钛合金激光熔覆钴基涂层的制备及数值模拟[D]. 张珊.大连理工大学 2015
本文编号：3262485
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