激光原位合成TiB-TiC颗粒增强钛基复合材料的组织与其耐磨性能

采用激光沉积制造技术原位合成以TiB-TiC为增强相的钛基复合材料。借助XRD、SEM、EDS以及硬度测试和室温耐磨实验,研究钛基复合材料的组织及其耐磨性能。结果表明:制备样品中的强化相为TiC和TiB,其中TiC呈近似等轴状,TiB呈晶须状或棱柱状;随着增强相含量的增加,钛基复合材料硬度增加,但摩擦系数变化不大,磨损失重先减小后增大,说明钛基复合材料的耐磨性能不仅仅与硬度有关;与基材相比,B元素和C元素为1.2%和0.84%(质量分数)的钛基复合材料具有较好的耐磨性能,其磨损失重仅为基材的53%;钛基复合材料的磨损机制为磨粒磨损和极少量氧化磨损的共同作用。     

TiC含量对原位钛基复合材料组织与摩擦性能的影响

采用原位自生熔铸法制备以纯钛和石墨粉为原料,TiC增强相含量分别为2%、4%、6%、8%、10%的钛基复合材料。研究了TiC增强相体积分数对钛基复合材料组织形貌及摩擦性能的影响。结果发现,随着增强相含量的增加,TiC形态由纤维状,短棒状逐渐生长为枝晶状形态,硬度(HRC)从30.8提高到46.2。当TiC增强相的含量为6%时,硬度达到最大值。在载荷为100N、转速为100r/min条件下,与Cr12MoV钢对磨的平均摩擦因数从0.46下降到0.37。钛基复合材料与Cr12MoV钢的干滑动摩擦磨损机制随着TiC增强相含量增加,由严重的粘着磨损、氧化磨损逐渐转变为轻微粘着磨损,磨粒磨损和氧化磨损。     

铜与氧化石墨烯协同增强钛基复合材料显微组织及性能研究

通过放电等离子烧结(SPS)技术制备铜(Cu)和氧化石墨烯(GO)协同增强的钛基复合材料(GO/Cu/TA1),研究了氧化石墨烯和Cu元素对钛基复合材料组织、硬度及拉伸性能的影响。结果表明：GO/Cu/TA1复合材料晶内析出金属间化合物Ti_2Cu相,晶界处存在非连续分布的TiC颗粒。复合材料的抗拉强度和屈服强度较TA1纯钛分别提高了66%和82%,显微硬度提升了58.4%,且延伸率保持在15%左右。硬度及强度的提升归因于晶界处分布的TiC颗粒与晶内析出的金属间化合物Ti_2Cu相的协同强化作用。     

TiC含量对微波烧结TiC/TC4复合材料组织和性能的影响

通过微波烧结法制备TiC/TC4复合材料,研究不同质量分数增强相TiC(0%、5%、10%、15%)对钛基复合材料显微组织和性能的影响。结果表明:TiC/TC4复合材料只有TiC和基体α-Ti+β-Ti 3种物相组成。随着增强相TiC含量增加,TiC/TC4复合材料相对密度、显微硬度(HV)、室温抗压缩强度均提高,分别达到98.01%、6610 MPa、1789 MPa,其相对密度与有关文献中的真空烧结相比提高2%~6%,其抗压强度与熔铸法制备的铸态钛基复合材料相比提高5%~15%。随TiC含量增加,TiC/TC4复合材料耐磨性提高,摩擦系数在0.25~0.30之间,其室温磨损机制由磨粒磨损和粘着磨损转变为轻微的剥层磨损。     

Ti6Al4V表面激光熔覆原位自生TiC颗粒增强钛基复合材料及摩擦磨损性能

以Ti,Cr3C2混合粉末作为预置合金涂层,采用YAG固体激光器进行激光熔覆处理,在Ti6Al4V合金表面制备出原位自生TiC颗粒增强钛基复合材料涂层,实验结果表明,采用合适的合金粉末成分和激光辐照能量密度,可以获得增强相TiC弥散分布的钛基复合材料熔覆层,熔覆层结晶致密,且与复合材料基体润湿性良好,熔覆层复合材料的基体组织随预置合金粉末成分的改变而变化,摩擦磨损实验结果表明,原位自生TiC/Ti复合材料熔覆层可明显改善Ti6Al4V合金的表面硬度和摩擦磨损性能。     

不同(TiB+TiC)含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响

利用海绵钛与B4C粉末之间的自蔓延高温合成反应,经普通熔铸工艺制备了TiB晶须和TiC粒子增强的钛基复合材料.研究了不同TiC、TiB含量对颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响.     

TiC硬质相增强高碳钢复合材料的研究

用钛丝作为增强相的原材料,利用钛丝与高碳钢中碳原子原位反应,制备性能良好的碳化钛-高碳钢复合材料。对TiC/Fe基复合材料的微观组织以及硬度进行了的研究;结果表明:得到了TiC硬质相,沿原来钛丝方向分布均匀,硬质相颗粒有大、小颗粒状和长条状,尺寸范围在2～14μm。与高碳钢试样对比,在载荷为20N条件下,复合材料的耐磨性提高5.28倍。     

应变速率对TP-650钛基复合材料拉伸力学行为的影响

研究TiC颗粒增强钛基复合材料TP-650室温拉伸状态下的应变率效应。通过与基体材料对比的准静态和动态拉伸力学实验,并利用扫描电镜SEM观察断口形貌特征,分析TiC颗粒增强钛基复合材料的拉伸力学行为。结果表明:应变率对颗粒增强钛基复合材料的力学行为具有较复杂的影响。在准静态下,基体和复合材料都非常接近理想弹塑性材料,且由于TiC颗粒的加入,TP-650钛复合材料较基体表现出较好的增强效果;在高应变率下,复合材料的力学性能并不优于基体材料的,且表现出较高的脆性;复合材料和基体材料在不同应变率条件下都不呈现单调的应变率效应。     

TiC/Fe表面梯度复合材料微区组织及陶瓷层磨损性能

采用灰铸铁(HT300)与厚度为0.25 mm的钛板,通过浇注法使得灰铸铁与钛板紧密结合,在真空管式炉中1 138℃保温时间8 h后,等温处理并炉冷.通过观察,在基体表面原位生成了TiC颗粒增强铁基表面梯度复合材料,对梯度复合区进行显微组织观察、显微硬度测量以及磨损性能测试.结果表明,TiC颗粒增强表面梯度复合材料大致分为三层,各层之间最大的区别是:生成的TiC颗粒的大小及形状不相同;从复合层(C区)到珠光体区显微硬度逐渐降低,显微硬度最大的区域出现在致密陶瓷层(C区).因此对TiC颗粒增强表面梯度复合材料致密陶瓷层进行了磨粒磨损试验,表明陶瓷层耐磨性比灰铸铁(HT300)有了很大程度上的提高.     

TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料微观组织及力学性能的影响

通过3次真空自耗电弧熔炼、自由锻+旋锻的方式制备了不同TiB+TiC含量的颗粒增强钛基复合材料,研究了TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料组织与力学性能的影响。结果表明,添加的B4C在基体中完全反应,TiC为唯一碳化物,TiB为唯一硼化物。经锻造后,钛基复合材料横向组织由球状、片状α相和包围在四周的β相组成,短棒状和块状增强相离散分布,而纵向组织由沿着流变方向被拉长的α相和β相组成,增强相沿着流变方向排列分布。当TiB+TiC含量为5vol%时,钛基复合材料表现出优异的综合性能,抗拉强度达到1291 MPa,延伸率为8.5%,磨损体积较相同工艺制备的TC4钛合金减少25%。当TiB+TiC含量增加到10vol%时,粗大的TiB增强相和微孔缺陷数量大幅增加,钛基复合材料的塑性和耐磨性被削弱。     

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。     

激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究进展

钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强等显著优点,在航空航天、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。然而,钛合金硬度低、耐磨性差,严重制约其在摩擦工况下的使用寿命。激光熔覆技术具有生产效率高、热影响区窄、结合强度高、组织致密等优势,被广泛用于钛合金零部件表面改性和熔覆修复。高硬、高模量碳化钛的热物性参数与钛合金基材相近,常被选作激光熔覆钛基复合涂层的增强相,以提高其耐磨性。介绍了碳化钛的晶体结构、生长形态和性能特点。综述了碳化钛增强钛基激光熔覆材料体系以及工艺参数对熔覆层成形质量、宏观形貌和微观组织的影响。重点从碳化钛增强相的分布、数量、尺度以及相结构等方面,论述了碳化钛增强钛基激光熔覆层的组织特征,同时阐述了碳化钛强化机制,讨论了碳化钛增强钛基激光熔覆层组织特征与耐磨性能的内在关联性。最后提出了目前激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究中存在的问题与展望。     

海水环境中钛元素改性铜基激光熔覆层的摩擦行为研究

目的通过激光熔覆作用,使钛元素与铜基合金生成耐磨的第二相组织,提升铜基合金表面在海水环境中的耐磨性能。方法采用激光熔覆技术在ZQAl9442镍铝青铜合金表面制备均匀的钛元素改性铜基涂层。采用SEM、EDS、XRD、摩擦磨损试验机等检测仪器,对该改性涂层的显微组织、元素分布、硬度以及在大气与海水环境中的摩擦性能进行分析。结果改性涂层中,因钛元素添加生成了Al Cu2Ti相,使得改性涂层的表面硬度在第二相析出强化的作用下得以提升,显微硬度可达(310±10)HV0.3,相比同质修复层,提升了14.8%。在海水环境中,改性涂层的摩擦系数远低于同质修复层。改性涂层在大气环境中的磨损机制为氧化磨损、粘着磨损及磨粒磨损,在海水环境中的磨损机制为磨粒磨损。结论通过在ZQAl9442铜合金表面进行激光熔覆,得到了兼具高硬度、高耐磨性和抗海水环境摩擦的钛元素改性铜基涂层,在一定程度上提升了镍铝青铜合金在海水环境中的服役寿命。     

超细VC对激光熔覆H13合金显微组织和耐磨性的影响

目的 通过添加超细VC颗粒改善Q235合金表面激光熔覆H13涂层的显微组织,并提高其耐磨性.方法 利用激光熔覆技术在Q235表面制备了H13/VC复合涂层,利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪以及摩擦磨损试验仪,研究了超细VC颗粒不同添加量对涂层微观结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响.结果 激光熔覆H13/VC复合涂层...     

激光熔覆原位生成增强相强化铁基涂层性能研究

目的 采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备含有碳铬、硼钛化合物及氧化钛等增强相的铁基熔覆层,并对涂层的微观组织及其性能进行研究分析,以期为以后工业化应用提供理论基础.方法 对钛铁(钛质量分数70%)+硼铁(硼质量分数70%)+石墨(纯度99.9%)复合粉末质量分数分别为5%、10%、20%、30%的4种熔覆层(其余熔覆材料为304不锈钢粉末)进行了实验研究,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射对激光熔覆层的微观组织形貌和增强粒子的成分进行研究分析,用光学显微硬度计对激光熔覆层的显微硬度进行测试,用电化学工作站对熔覆层的耐蚀性能进行测试.结果 熔覆层无明显裂纹、气孔等缺陷,与基材结合良好;加入的石墨与钛铁、硼铁在激光熔覆过程中发生了反应,原位生成了Cr23 C6、Cr3 C2、TiO2、Ti1.8 B50等硬质增强相;随着钛铁、硼铁和石墨所占的质量分数增加,熔覆层中生成的硬质增强相含量增加,熔覆层的显微硬度值也随之得到明显提高,其中质量分数为30%的复合粉末熔覆层硬度是基材的3.6倍;激光熔覆试样较基材的耐腐蚀性也随着复合粉末质量分数的增加而提高,其中质量分数为30%的复合粉末熔覆层的耐蚀性是基材的1.58倍.结论 激光熔覆制备含有碳铬、硼钛化合物及氧化钛等增强相的铁基熔覆层较基材性能有明显提高.     

La2O3含量对激光熔覆TiB/Ti涂层显微结构的影响

目的 改善钛合金表面激光熔覆复合涂层的组织结构,提高钛合金的硬度,使其在相应领域得到更广泛的应用.方法 采用激光熔覆快速非平衡合成方法 制备原位反应合成L2O3-TiB增强钛基复合涂层.用L2O3、Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备L2O3-TiB/Ti复合涂层,并对其进行XRD物相分析、SEM显微结构观察及显微硬度分析.结果 添加不同含量的L2O3的激光熔覆钛合金复合涂层均与基体较好的结合,涂层中均只有α-Ti和TiB两种物相.随L2O3含量的增加,激光熔覆复合涂层中的增强相TiB的形貌越均匀细小,添加不同含量的L2O3的激光熔覆复合涂层的硬度值约为基体材料的2~3倍,添加质量分数为3%的L2O3的激光熔覆复合涂层硬度最高,其显微硬度值大约为1300HV.结论 添加稀土氧化物L2O3后制备的激光熔覆钛合金复合涂层与基体结合良好,稀土元素的添加使涂层组织细化,硬度得到了明显提高.     

不同送粉速度对TC4钛合金表面激光熔覆的影响

采用光纤激光对TC4钛合金表面进行熔覆改性,研究送粉速度对熔覆工艺过程和熔覆层性能的影响。采用高速摄像机拍摄了加热粉末在空间的分布形貌,采用光学显微镜观察了熔覆层横截面形貌,采用EDS分析了熔覆层的氮含量分布,并测量了熔覆层横截面的显微硬度。实验表明,送粉速度较小时,粉末吸收少量激光能量,熔池较大,熔覆层宽而浅;送粉速度较大时,粉末吸收大量激光能量,熔池较小,熔覆层窄而深。当送粉速度较大时,熔覆层的氮元素含量和显微硬度均分布基本均匀,无明显梯度;随送粉速度增加,熔覆层显微硬度会增加,并稳定在约9.3 GPa。     

TC11钛合金空气导管凸台激光熔覆修复工艺

采用激光熔覆工艺对航空发动机TC11钛合金空气导管磨损件进行修复工艺实验。通过分析熔覆层表面成形、显微硬度及微观组织形貌,选出合适的工艺参数,制定合理的工艺流程,完成了空气导管的修复。结果表明:修复区组织细密,机械加工后的外形尺寸满足图纸要求。因此,采用激光熔覆技术对TC11钛合金空气导管磨损件进行修复是可行的。     

Ti811合金表面TC4激光熔覆层微观组织及性能

按照CFM56系列发动机维修手册的建议,在Ti811合金表面采用同步送粉激光熔覆技术,以TC4合金粉末为原料,制备出均匀致密、无气孔和裂纹等缺陷的激光熔覆层. 分析涂层的宏观形貌、微观组织结构和组织相变过程,测试涂层的显微硬度和摩擦磨损性能. 结果表明,扫描电镜下涂层微观组织呈现魏氏体结构特征,涂层显微硬度相比基材有所提高,主要原因是涂层中的针状马氏体α'有一定的强化作用;涂层中弥散分布的纳米颗粒Ti₃Al的沉淀强化和弥散强化等作用也在一定程度上提高了涂层的显微硬度;熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损的复合磨损机制.     

TA2钛合金真空感应碳氮共渗组织及耐磨损和耐腐蚀性能

通过真空感应碳氮共渗技术对纯钛合金(TA2)在900 ℃下进行表面改性处理,并研究了经过碳氮共渗处理后TA2钛合金表面强化层的组织结构、耐磨损及腐蚀性能。结果表明:经900 ℃碳氮共渗处理后,TA2钛合金表面生成了一层以C_0.3N_0.7Ti为主的复合层;表层的显微硬度高达2236 HV0.25,相较于未经碳氮共渗处理的试样提高了约4.4倍;碳氮共渗后试样表现出典型的氧化轻微磨损特征。在模拟体液(SBF)溶液中,碳氮共渗TA2钛合金试样的腐蚀电位向正移动,自腐蚀电流密度明显降低,耐蚀性提高。