复合电极-混粉电火花加工Ti-6Al-4V钛合金的研究

目的采用混粉电火花加工技术,使用超声电沉积制备的Cu-Si C复合电极加工TC4钛合金,在工作液中混入碳粉进行表面改性,以获取性能优异的加工表面。方法利用Cu-Si C复合电极和Cu电极对TC4钛合金进行成型加工。用扫描电子显微镜(SEM)观察加工后工件的表面形貌和熔凝层断面形貌,并用TR200粗糙度仪测量其表面不同位置的粗糙度值。用硬度仪测量工件熔凝层的显微硬度,用X射线衍射仪对材料强化层进行物相分析。并对电极损耗进行对比分析。结果 Cu电极加工的TC4钛合金表面凹坑深且面积大,熔凝层疏松,粘合性较差。Cu-Si C复合电极加工的TC4钛合金表面放电痕迹大,深度统一,电蚀产物少,熔凝层致密好。利用X射线衍射仪、硬度测量仪和粗糙度仪对试样测量分析显示,Cu-Si C复合电极加工后,表面生成的Ti C峰相高,耐磨性好,表层显微硬度较大,约为基体的6倍,表面平均粗糙度值Ra=2.825μm。复合电极损耗比铜电极损耗降低了18%。结论两种电极加工后,TC4钛合金表面均得到改善,且使用超声电沉积Cu-Si C复合电极加工后的表面质量更好。     

TC4钛合金混粉电火花表面改性研究

目的通过混粉电火花加工方法,分别使用紫铜和石墨作为工具电极,获得综合性能较好的TC4钛合金表面。方法利用手持式TR200粗糙度仪对工件表面的粗糙度进行测量,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪对工件组织形貌和物相结构进行分析,用FM800型显微硬度计对工件表面进行显微硬度测量。结果在相同电参数下,紫铜电极加工的工件较石墨电极加工的工件表面粗糙度要低,硬度也相对低。当I=4.5A、tON=30?s时,紫铜电极加工的工件表面平均粗糙度值Ra=2.223?m,表面硬度约为600HV;石墨电极加工的工件表面平均粗糙度值Ra=2.796?m,表面硬度约为700HV。当I=9 A、tON=30?s时,紫铜电极加工的工件表面平均粗糙度值Ra=2.748?m,表面硬度约为650HV;石墨电极加工的工件表面平均粗糙度值Ra=3.705?m,表面硬度约为750HV。结论在不同电极条件下混粉电火花加工后,TC4钛合金工件表面都达到了强化的效果。     

钛合金Ti-6Al-4V的电火花加工试验研究

对钛合金Ti-6Al-4V进行了电火花加工试验研究,以加工极性、脉宽、峰值电流为试验因素,探讨其对TC4钛合金的材料去除率、电极相对损耗及工件表面微裂纹的影响规律。结果表明:占空比一定、采用正极性或负极性加工时,增加峰值电流皆可提高其材料去除率,且负极性加工影响更为显著;同时,负极性加工可获得较低的电极相对损耗。无论选用何种加工极性,增大峰值电流与脉宽,都会导致TC4钛合金加工表面出现显著的微裂纹,且负极性加工时的工件表面微裂纹密度大于正极性加工;同时,TC4钛合金加工表面皆有TiC生成,使电火花加工TC4钛合金时的材料去除率降低。     

电火花沉积反应合成TiN增强金属基复合涂层

利用自制的电火花沉积充气密闭式保护装置和DZ-1400型电火花沉积机,以工业纯钛TA2为电极,以工业纯氮为保护气和反应气,在45钢试件表面上电火花沉积反应合成制备了TiN增强金属基陶瓷复合涂层.利用X射线衍射仪测定了涂层的物相组成,利用扫描电子显微镜观察分析了涂层的显微组织结构,利用硬度仪测试了涂层的显微硬度,利用自制磨损试验装置对比了涂层与淬火W18Cr4V高速钢的耐磨性能.结果表明,涂层与基体结合致密,涂层主要由电极材料钛、原位自生的TiN和基体材料铁组成,涂层的平均显微硬度可达1 323 HV0.1,涂层具有较好的耐磨性.     

柔性钛电极电火花表面强化模具钢Cr12试验研究

介绍了利用柔性钛电极对模具钢Cr12表面进行电火花表面强化的方法及特点,测试了强化层显微硬度、表面粗糙度值,分析了强化层微观形貌、强化层成分及放电波形等.结果表明:经电火花表面强化的模具钢Cr12表面相对于基体硬度提高1.5倍以上.EDS图像显示钛及其氧化物沉积扩散到试件表面,形成均匀强化膜,强化表面能保持较低的表面粗...     

反应电火花沉积TiN/Ti复合涂层机理与性能

利用DZ-1400型电火花沉积/堆焊机,以工业纯钛TA2为电极,以工业纯氮为保护气和反应气,在TCA钛合金表面上制备了TiN/Ti复合涂层.用SEM、XRD、AES等仪器对涂层、物相、微观结构、元素组成及界面行为进行分析,测定了涂层的显微硬度,利用自制磨损试验机对比了涂层与淬火回火65Mn的磨损性能.结果表明,TiN/Ti复合涂层与基体形成良好的冶金结合,涂层主要由钛和反应合成的TiN、Ti2N相组成,组织致密、均匀、连续,涂层平均显微硬度可达1390HV0.1,约是基体硬度的6.3倍,涂层耐磨性良好.     

激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响

目的 提高TC4钛合金与TiN涂层的结合强度.方法 通过实验研究的方法探索激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响.首先,采用不同激光冲击参数(光斑搭接率、功率密度)对其表面进行前处理.利用Wyko NT 1100型非接触式光学轮廓仪(NCOP)测量TC4钛合金试样的表面几何形貌和粗糙度.利用X350...     

混粉准干式电火花复合强化TC4钛合金试验研究

以石墨和紫铜为强化电极,TC4钛合金为基体材料,在混粉准干式工作介质中对TC4钛合金进行电火花表面强化,分析了不同电极材料对强化层微观组织和性能的影响。结果表明,复合强化可以获得组织致密且厚度均匀的表面强化层,显著改善基体表层质量。强化层显微硬度约为1 500 HV,相对磨损率约为基体材料的27%。TC4钛合金表面强化层的显微硬度和耐磨性能均大幅提高。     

钛合金电火花诱导可控烧蚀及车削修整复合加工试验研究

根据钛合金在一定温度和氧气压力条件下发生快速氧化燃烧现象,在电火花诱导放电所提供的高温热源和助燃氧气作用下,对钛合金进行电火花放电诱导可控烧蚀,同时通过车刀对形成的烧蚀及软化层进行在线机械修整,提高表面质量。对TC4钛合金进行常规电火花加工、电火花诱导可控烧蚀加工和电火花诱导可控烧蚀及车削修整复合加工对比试验,结果表明:电火花诱导可控烧蚀及车削修整复合加工具有加工速度快、电极损耗低等优点,并分析了氧气压力、工件转速、电极材料等对加工效果的影响。     

氮气流量对TC11钛合金表面电火花原位反应沉积TiN强化层显微组织和摩擦学性能的影响（英文）

为提高钛合金表面耐磨性能,运用电火花沉积技术在TC11钛合金表面原位反应沉积TiN强化层,研究N2流量对强化层显微组织和摩擦学性能的影响。结果表明:当N2流量过小时,强化层厚度较薄,主要由Ti2N、α-Ti、TiO和TiN等相组成,电火花快速放电导致基体表面产生的熔池急速冷凝,使得亚稳态Ti2N相保留在强化层中;当N2流量过大时,强化层微裂纹和孔洞等缺陷较多;而当N2流量适中时,强化层主要由TiN等物相组成,且致密均匀(50~55μm),平均显微硬度达HV0.21165.2,是TC11钛合金基体的3.4倍。当N2流量适中时,TiN强化层的耐磨性能最好,此时其磨损质量为0.4 mg,是TC11基体的2/9,其主要磨损机理为微观切削磨损和多次塑变磨损。     

DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响

为提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能,采用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源注入与磁过滤真空阴极弧(FCVA)沉积复合技术、磁控溅射技术在TC4钛合金表面制备DLC、TiN涂层。采用SEM、Raman、XRD、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的物相结构、硬度、弹性模量以及与基体的结合力进行表征。在冲蚀试验平台上考核试样在不同入射角度条件下的抗砂尘冲蚀性能。结果表明:DLC涂层表面结构致密,含有大量sp3键,硬度为62.1 GPa,弹性模量为391.64 GPa,结合力达80.4 N;TiN涂层表面存在许多熔滴颗粒及空穴,硬度为22.72 GPa,弹性模量为383.18 GPa,结合力达34.7 N。30°冲蚀条件下,涂层主要是通过提高基体表面硬度来抵抗砂尘粒子的微切削作用,从而提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能。90°冲蚀条件下,涂层通过延缓基体的塑性变形来实现TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的提高。     

TC4表面反应电火花强化层物相及磨损行为分析

利用DZ-1400型电火花沉积／堆焊机,以工业纯钛TA2为电极,以工业纯氮为保护气和反应气,在TCA钛合金试件表面上制备了TiN／Ti复合涂层。利用X射线衍射仪分析了放电电容、输出电压、脉冲频率对涂层物相的影响,利用MH-6型显微硬度计测定涂层断面不同区域的显微硬度,利用KYKY2800扫描电镜观察涂层组织结构和磨损形貌,采用MS-T3000型球盘式摩擦磨损试验仪测试涂层的摩擦系数和磨损失重。结果表明,涂层中物相种类随放电电容、输出电压、脉冲频率的不同而变化。涂层组织致密,与基体之间形成冶金结合,涂层显微硬度呈梯度变化,涂层摩擦系数小,耐磨性好。     

钛合金表面半导体激光气体氮化涂层的性能研究

目的提升钛合金(TC4)叶片表面性能,解决失效问题。方法实验采用激光局部气体氮化工艺代替传统氮化工艺,利用2 k W柔性光纤耦合半导体激光器在钛合金(TC4)基体表面采用气体氮化的方法制备TiN表面改性层。采用摩擦磨损试验机和改制的汽蚀装置分别测试了氮化层与基体(TC4)的耐磨性与抗汽蚀性能。结果摩擦磨损实验后,激光氮化层的质量损失为2.3 mg,基体TC4的质量损失为20.2 mg,激光氮化层的损失质量为基体TC4的11.3%,激光氮化层抗磨损性能相较基体TC4提高了7倍。TC4基体汽蚀损失的质量为4.08 mg,而氮化层的质量损失为1.13 mg,氮化层的抗汽蚀性能比基体提高了2.61倍。结论采用半导体激光气体氮化钛合金叶片能够得到分布着大量TiN枝晶的氮化层,提高表面耐磨损性能,氮化层中的TiN枝晶构成的网篮状组织对其表面抗汽蚀性能也有所提高。     

Laser treatment and PVD TiN coating of Ti–6Al–4V alloy

Laser gas assisted processing can be used to modify the surface properties of Ti–6Al–4V alloy through the use of gaseous interaction with the laser melted surface. Laser surface melting of titanium and its alloys in nitrogen to form a layer of TiN embedded in a metallic matrix which is enriched in alloying elements has attracted considerable interest. The surface roughness of the laser-treated surface is poor, therefore, a secondary processing becomes essential. In the present study, duplex treatment of Ti–6Al–4V alloy was carried out. The alloy surface was melted initially under a controlled nitrogen atmosphere, which in turn resulted in a laser-induced nitrided surface. The resulting workpiece surface, then, was PVD TiN coated. In order to assess the wear properties of the resulting surface, friction tests were carried out. SEM, XRD and microhardness were carried out for microstructural analysis and material characterization. It was found that the adhesion of the TiN coating to the base alloy improved considerably in the case of laser-treated workpieces and smooth transition in plastic shearing resistance between the TiN coating and the base alloy enhanced the wear properties of the laser-treated surface.     

钛合金表面反应电火花沉积TiN/Ti复合涂层

利用自制的电火花沉积充气密闭式保护装置和DZ-1400型电火花沉积/堆焊机,以工业纯钛TA2为电极,以工业纯氮为保护气和反应气,在TC4钛合金表面上反应电火花沉积制备了TiN/Ti复合涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子仪(XPS)分析了涂层的组织、物相和元素组成,利用显微硬度计测定了涂层的显微硬度,利用自制磨损试验装置对比涂层与淬火W18Cr4V高速钢的磨损性能.结果表明,涂层与基体形成良好的冶金结合,涂层主要由钛和反应合成的TiN组成,涂层的平均显微硬度可达1 388 HV0.1,是基体硬度的6倍以上,涂层具有较好的耐磨性.

Abstract：

TiN/Ti composite coating was deposited on TC4 titanium alloy substrate with the self-made special gas-filled-closed electric-spark deposition device and electric-spark deposition machine modeled DZ-1400, the industry pure titanium (TA2) was used as electrode and the industry pure nitrogen gas as shielding and reacting atmosphere. The microstructures, interfacial behavior, phase and element in the coatings were investigated by scanning electronic microscope, X-ray diffraction and X-ray photo spectrum. The microhardness of coatings was tested and its wear-resistance property was tested by the self-made abrasion machine and compared with Wi8Cr4V rapid steel treated by quenching. The results show that an excellent bonding between the coating and substrate is ensured by the strong metallurgical interface. The coatings are mainly composed of Ti and synthesized TiN. The highest microhardness of coating reaches to 1 388 HV0. 1, which is six times higher than that of the substrates. Wear resistance of the coatings is excellent.     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

TC4钛合金表面沉积CrAlSiN涂层的组织与性能

为了提高TC4钛合金表面硬度和耐磨性能,通过等离子渗氮技术和多弧离子镀技术相结合的方法对TC4钛合金进行表面改性处理。通过扫描电镜、维氏显微硬度计、三维轮廓仪、高速往复摩擦磨损试验仪和电化学工作站,对比研究了TC4钛合金、渗氮层和CrAlSiN涂层的显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,经渗氮处理后,TC4合金表面渗氮层硬度提高了约2倍,在此基础上制备的CrAlSiN涂层的平均硬度高达3222 HV0.025,涂层表面存在少许大颗粒和凹坑;CrAlSiN涂层平均摩擦因数为0.22,磨损机理主要为粘着磨损,对磨副的材料粘着到涂层表面,而涂层几乎无磨损,耐磨性能显著提高。CrAlSiN涂层的自腐蚀电位为-0.542 V,比TC4钛合金基体的自腐蚀电位-0.747 V正移了0.205 V,表明在渗氮层基础上沉积CrAlSiN涂层显著提高了合金的耐电化学腐蚀性能。     

激光熔覆 CBN 膜层的形态特征及性能研究

目的提高钛合金的表面硬度和耐磨性能。方法采用激光熔覆工艺,在TC11钛合金表面制备80%CBN+20%Ti(均为质量分数)熔覆层,分析熔覆层的显微组织、硬度和耐磨性能。结果熔覆层的显微组织沿层深方向分为熔覆区、结合区和过渡区三个区域,区域之间没有明显的裂纹和断层。CBN膜层的显微硬度最高达到950HV0.2,耐磨性比纯Ti熔覆层提高了近14倍。结论在钛合金表面激光熔覆CBN抗磨涂层,不仅耐磨损性能良好,而且表面硬度得到了有效提高。