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钛合金激光熔覆金属陶瓷复合涂层组织性能研究

赵玉兰  
【摘要】: 利用激光熔覆技术在钛合金表面制备金属陶瓷复合涂层可以实现金属基体与陶瓷材料优异性能的良好结合,该领域研究应用前景广阔。本实验在Ti-5621s钛合金表面成功制备了以Ni基为基底,Ti_5Si_3陶瓷相为主的复合陶瓷涂层;在Ti6Al4V钛合金表面制备了以Ni基为基底,TiC陶瓷相为主的复合陶瓷涂层。利用SEM,EPMA电子探针及X射线衍射仪研究了熔覆层的化学成分,宏观、微观结构及相组成。研究了激光熔覆表层至基体显微硬度变化。 利用激光熔覆技术,选用优化的激光工艺参数在钛合金表面制备了不同熔覆层成分的熔覆层。Ni-Cr-Si-Co(SA组)熔覆层主要是以Ni基为基底,原位析出相有稳定态的Cr_3Si和Ni_4Ti_3,还有亚稳相Cr_2Ti;Ni-Cr-Si(SB组)激光熔覆层主要包是以Ni和Cr为基底,原位析出相有稳定态的Ti_5Si_3和Cr_3Si,还有亚稳相Ni_4Si_3和Cr_3Si;Ni-Cr-Si-B(SC组)激光熔覆层以Ni为基底,原位析出相有稳定态的Ti_5Si_3、Cr_2B和TiB_2,还有亚稳相TiB和Ni_3B。Ni-Cr-Ni-C(SD组)熔覆层中主要是以Ni基为基底,原位析出相有稳定态TiC陶瓷相。它们在涂层熔区内以晶内先共晶金属基体相与晶间混合共晶组织的形式存在。激光熔覆原位合成产物的产量随涂层成分配制的变化而改变。 为了得到性能优异的熔覆层,分别对熔覆试样进行了多种工艺参数的比较:在熔覆材料成分相同的条件下,改变熔覆时的熔覆功率;在相同的熔覆功率条件下,改变熔覆材料成分。研究结果表明,要获得性能优异的熔覆层,需要选择合适的激光熔覆功率和熔覆层成分。 对涂层机械力学性能的分析表明:涂层显微硬度值较基体有显著提高,从表面到基体呈平稳过渡的梯度分布,熔覆质量良好试样的显微硬度受涂层成分影响不大;涂层强化机制主要有细晶强化、硬质相弥散强化、过饱和固溶强化及位错堆积强化等;熔区组织较基体显著细化;激光处理后材料耐磨性明显提高,涂层中的磨损机制主要为磨粒磨损及其引起的剥落磨损,基体中除此之外还有粘着磨损。


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