Ti811表面Ni基激光熔覆层显微组织及摩擦磨损性能的研究

目的通过激光熔覆技术在Ti811钛合金表面制备Ni基复合涂层,以改善其摩擦磨损性能。方法采用同轴送粉激光熔覆技术在钛合金表面制备Ni45+WC+Y2O3多道搭接激光熔覆层,运用XRD、SEM、EDS分析熔覆层微观组织及相组成,运用Bramfitt二维点阵错配度理论,计算低指数晶面间二维错配度,分析复合相结构。采用显微硬度计测试熔覆层显微硬度值,通过摩擦磨损试验机测试基材和熔覆层的摩擦磨损性能,采用白光非接触式轮廓仪测量基材和熔覆层磨损体积,结合磨损表面形貌,分析熔覆层磨损机制。结果熔覆层生成相主要包括Ti2Ni、Ti B2、Ti C、α-Ti以及Ti C依附于Ti B2的复合生长相。复合相中,Ti B2(0001)晶面与Ti C(111)晶面受热膨胀影响的二维点阵错配度δ=0.907%,满足晶格界面共格原则,Ti B2可有效作为Ti C的异质形核基底。熔覆层显微硬度值约为1050～1100HV0.5,摩擦系数约为0.42,磨损体积为4.07×107μm3,磨损率为3.0×10–4mm3/(N·m),磨损机制是以磨粒磨损为主,粘着磨损为辅的混合磨损机制。结论与基材对比,熔覆层显微硬度值提高约2.5倍,摩擦系数和磨损率分别降低约35%和36%,熔覆层摩擦磨损性能显著提高。     

Ti811合金表面激光熔覆涂层微观组织及性能研究

目的研究Ti811合金表面激光熔覆涂层的微观组织及磨损性能。方法利用激光熔覆技术,在Ti811合金表面激光熔覆原位合成了Ti C+Ti B2增强镍基复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、显微硬度计和摩擦磨损试验机,系统地研究了熔覆层的物相组成、显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能,并利用二维点阵错配度理论对Ti C的细化机理进行分析。结果激光熔覆涂层与基体呈良好的冶金结合,熔覆层生成物相主要由Ti C、Ti B2、Ti2Ni和γ-Ni组成,其中Ti C呈等轴枝晶状和花瓣状,Y2O3的(111)面与Ti C的(110)面之间的二维点阵错配度为6.813%,Y2O3作为Ti C的非均质形核核心为中等有效。熔覆层的平均显微硬度为913.93HV0.5,约为基体Ti811硬度的2.4倍。熔覆层摩擦系数稳定在0.45～0.52之间,磨损机理主要为粘着磨损与磨粒磨损。结论采用激光熔覆技术能够在Ti811合金表面成功制备Ni基复合增强涂层。熔覆层中Y2O3颗粒具有细晶强化、弥散强化、增加形核率的作用,熔覆层具有较高的显微硬度与良好的耐磨损性能。     

钛合金表面激光熔覆复合涂层的显微组织与性能

以Ti和B的混合粉末为原料,采用激光熔覆方法在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备了TiB/Ti复合涂层。采用XRD、扫描电镜、硬度测试和摩擦磨损分析等方法研究了不同激光功率参数下制备的TiB/Ti复合涂层的物相结构、显微组织、硬度和耐磨性能。结果表明:涂层的物相组成主要为Ti和TiB两相;扫描功率为3000 W和3500 W下激光熔覆层的组织较均匀;扫描功率为2500 W和3500 W制备的涂层硬度值约为基体硬度的2～3倍;扫描功率为3000 W下的熔覆涂层硬度相对较高,其平均硬度值约为1199.6 HV0.2,约为基体硬度的3～4倍,其摩擦系数大约为0.32,磨损率明显低于基体,约为基体的14.8%。     

TiC对激光熔覆TiC-Ti-Al涂层结构与性能的影响

为了研究Ti C对激光熔覆涂层结构与性能的影响,运用激光熔覆技术在Ti Al合金表面制备Ti-Al-Ti C涂层,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、XRD、显微硬度计、摩擦磨损试验机对所制备涂层的显微组织、物相及成分、显微硬度和摩擦磨损性能等进行了测试。结果表明:在含有20%微米级Ti C的激光熔覆层(A涂层)内,增强相Ti C生长较为发达,整体呈树枝状形态,枝晶生长方向较为杂乱,熔覆质量较差;而在含有10%纳米级Ti C的激光熔覆层(B涂层)内,增强相Ti C的形貌为颗粒状和长条状,在熔覆层内分布较均匀,生长方向较规律;在含有20%纳米级Ti C的激光熔覆层(C涂层)内,增强相Ti C的形貌主要为颗粒状和细杆状,熔覆层内组织生长发达,致密,熔覆质量较好。添加纳米级Ti C的涂层在显微硬度和耐磨性上优于添加微米级Ti C的涂层,涂层中纳米Ti C含量由10%上升到20%时,涂层显微硬度和耐磨性均有明显提高。     

Ti6Al4V表面氩弧熔覆Ti+BN复合涂层组织及耐磨性

目的 通过氩弧熔覆技术在Ti6Al4V钛合金表面制备陶瓷颗粒增强Ni基复合涂层,以改善其摩擦磨损性能。方法 将Ti粉、BN粉和Ni60A粉进行球磨混合,运用氩弧熔覆技术在Ti6Al4V钛合金表面原位合成多相陶瓷颗粒增强镍基熔覆层。通过X射线衍射分析仪、能谱分析仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜,分析熔覆层中陶瓷颗粒相的组成、形貌、尺寸、分布以及结构特点。用维氏硬度计和环-块式摩擦磨损试验机测试了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜对磨痕形貌进行分析。结果 熔覆层物相主要包括TiN、TiNi、TiB、TiB2和α-Ti。原位合成的陶瓷颗粒相弥散分布于熔覆层中,其中增强相TiN、TiB和TiB2的形貌分别以颗粒状、针状和棒状形式存在。熔覆层表面硬度可达1210~1250HV0.5。在相同磨损条件下,TC4合金基体与熔覆层的磨损量分别为34.23 mg和4.86 mg,熔覆层的磨损量明显降低。熔覆层的磨损表面无粘着痕迹,磨损机制为磨粒磨损。结论 与Ti6Al4V钛合金基体对比,熔覆层显微硬度值提高约4倍,多相陶瓷颗粒熔覆层可有效提高钛合金表面的耐磨性。     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni+Si3N4/ZrO2复合涂层组织与性能研究

目的 提高TA15合金的表面硬度,改善其耐磨性能.方法 以Ti/Ni+Si3 N4/ZrO2混合粉末为原料,利用激光熔覆技术,在TA15钛合金表面制备出以ZrO2颗粒和原位生成Ti5 Si3、TiN为增强相,以金属化合物TiNi、Ti2 Ni为基体的复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行评估.结果 熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层组织中TiNi和Ti2 Ni金属化合物基体上弥散分布着Ti5 Si3、TiN树枝晶和ZrO2颗粒;与不含ZrO2熔覆层相比,含有ZrO2熔覆层组织的晶粒得到细化;熔覆层中原位生成的TiN桥接在裂纹上,具有增韧的作用;熔覆层的显微硬度分布在835~1050 HV区间内,约为基体硬度的3倍左右;在干滑动摩擦磨损下,熔覆层的磨损量约为钛合金基体磨损量的1/6,其主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损.结论 熔覆层中高硬度、耐磨陶瓷相和高韧性相的共同配合,显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性.     

激光熔覆镍基自润滑涂层的性能

在TC4钛合金表面激光熔覆Ni60/30%WS₂自润滑涂层,研究了不同扫描速度下熔覆层的组织及性能。结果表明,Ni60/30%WS₂激光熔覆层均以W为硬质相,Ti、Ni的固溶体为基体。但不同扫描速度下,熔覆层生成的润滑相不同。扫描速度4 mm/s时,TiS为润滑相;扫描速度12 mm/s时,CrS为润滑相。激光熔覆层硬度在1000~1200 HV0.5之间,较基体提高2倍左右,摩擦因数及磨损率较基体都明显降低。     

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。     

激光熔覆Y_2O_3-TiB增强钛基涂层摩擦磨损性能研究

采用激光熔覆快速非平衡合成法制备了原位反应合成Y_2O_3-TiB增强钛基复合材料。采用Y_2O_3、Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制得Y_2O_3-TiB/Ti复合涂层。采用形貌观察、硬度和摩擦磨损测试等方法研究了复合涂层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的硬度为基体材料的2~3倍,添加1%Y_2O_3的激光熔覆涂层硬度和摩擦磨损性较好。     

TC4钛合金表面激光熔覆复合涂层的组织和耐磨性

采用5 kW横流CO₂激光器,在TC4钛合金表面熔覆TiC、TiB₂与Ni的混合粉末,制备了无气孔、无裂纹、组织均匀致密的复合涂层。用SEM、EDS、XRD、显微硬度计以及立式万能摩擦磨损试验机分析了激光熔覆层的显微组织、成分和物相,测试了激光熔覆层横截面显微硬度,以及覆层耐磨性能。结果表明,激光熔覆复合涂层与基体呈冶金结合;熔覆层组织从表层到结合区呈现出由棒状、块状向树枝状、颗粒状转变的趋势,且主要由Ti、TiC、TiB、Ti₂Ni、TiNi等相组成;熔覆层显微硬度最高可达863 HV0.2,为基体的2.5倍;熔覆层耐磨性能较TC4钛合金明显提高。     

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。     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。     

钛合金表面激光熔覆AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层的组织与性能

目的研究AlB_xCoCrNiTi(x=0、0.5、1)高熵合金涂层的组织及性能,提高钛合金表面硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备出AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层,运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)等材料分析手段,研究了B含量对高熵合金涂层形貌、组织结构、成分的影响,并采用维氏硬度计以及摩擦磨损试验检测了熔覆涂层的硬度和耐磨性能。结果高熵合金涂层与基体的整体结合形貌良好。未添加B的高熵合金涂层主要由BCC相和晶体结构类似(Co,Ni)Ti_2相组成。随着B的加入,高熵合金涂层的晶粒得到细化,BCC相含量增加,(Co,Ni)Ti_2相含量有所减少,且熔覆层原位生成了TiB_2硬质相,TiB_2硬质相含量随B含量的增加而增加。熔覆涂层的硬度和耐磨性与B含量呈正相关关系,AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的平均显微硬度最大,为814HV,且AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的磨损量最小,其耐磨性约为未添加B的高熵合金涂层的7倍。结论 B含量的增加,有助于改善AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层的摩擦学性能,AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层有效提高了钛合金表面的硬度及耐磨性能。     

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。     

激光熔覆钛基金属陶瓷复合涂层的组织与性能

为了提高TC4合金的耐磨减摩性,利用激光熔覆技术在TC4合金表面激光熔覆TC4+h-BN混合粉末制备钛基金属陶瓷复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等手段对熔覆层宏观形貌和微观组织进行观察,利用显微硬度计对熔覆层、热影响区、基体的硬度进行测试,通过摩擦磨损试验机对熔覆层和基体的摩擦因数进行测量,利用电子精密天平对熔覆层和基体的磨损量进行检测。结果表明:熔覆层主要由杆状相TiB、三元共晶组织(Ti-B-N)和基底α-Ti组成。熔覆层硬度分布在1000～1200 HV0.5之间,熔覆层磨损机理为轻微的磨粒磨损,TC4基体为严重的磨粒磨损。熔覆层摩擦因数较基体下降了0.04,磨损量较基体下降了7 mg,熔覆层的耐磨减摩性能较基体有所提高。     

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。     

激光熔覆(Ni60+NbC)+h-BN@Cu涂层组织与性能研究

目的 通过添加铜包覆六方氮化硼(h-BN@Cu)粉末,改善激光熔覆Ni基NbC涂层的性能。方法 采用激光熔覆技术,使用添加不同质量分数铜包覆六方氮化硼的镍基碳化铌复合粉末,在45钢基体表面沉积镍基复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)设备,研究h-BN@Cu对Ni60/NbC的激光熔覆镍基复合涂层微观结构的影响,利用显微硬度计和布鲁克UMT-2摩擦磨损试验机及白光干涉模块,测量熔覆层的显微硬度、摩擦磨损系数和磨痕宽度。结果 熔覆层中的主相为Ni-Cr-Fe,除此之外还存在FeNi3、CrB、M7C3、NbC、M23C6、Cr2Nb等多种相。研究发现,添加的润滑相h-BN@Cu与硬质相NbC会发生部分分解,Nb原子和B原子进入熔池,与熔池中的Cr原子反应,生成CrB、Cr2Nb等,这些金属间化合物具有硬度高、耐磨性好等特点。当h-BN@Cu的质量分数为10%时,熔覆层的显微硬度为650HV1.0,摩擦系数为0.4,磨痕宽度为0.406 mm。结论 相比于不添加h-BN@Cu的Ni60/NbC熔覆层,添加h-BN@Cu的Ni60/NbC熔覆层的平均硬度略微下降,但熔覆层硬质相分布更加均匀,此时硬度仍为45钢基体硬度的3.1倍,摩擦系数降低约27%,磨痕宽度减小约21%。     

Tribological properties of solid lubricating film/microarc oxidation coating on Al alloys

A process for preparation of solid lubricating films on micro-arc oxidation（MAO） coating was introduced to provide self-lubricating and wear-resistant multilayer coatings for aluminum alloys. The friction and wear behavior of various burnished and bonded solid lubricating films on the as-deposited and polished micro-arc oxidation coatings sliding against steel and ceramic counterparts was evaluated with a Timken tester and a reciprocating friction and wear tester, respectively. The burnished and bonded solid lubricating films on the polished micro-arc oxidation coatings are superior to the as-deposited ones in terms of the wear resistant behavior, because they lead to strengthened interfacial adhesion between the soft lubricating top-film and the hard polished MAO sub-coating, which helps increase the wear resistance of the solid lubricating film on multilayer coating. Thus the multilayer coatings are potential candidates as self-lubricating and wear-resistant coatings for Al alloy parts in engineering applications.     

原位合成含钛陶瓷相增强Fe基合金熔覆层研究

以Fe901、Ti、B_4C和h-BN粉为原料,采用反应等离子熔覆方法在Q235钢基本上原位合成了含钛陶瓷相增强Fe基合金熔覆层。研究表明:相比B_4C,Fe更易与h-BN反应形成铁硼化物,当同时添加B_4C和h-BN时,B_4C/h-BN比减小至一定值后将导致熔覆层中Fe B含量升高和Ti_2N、Ti B等中间产物形成,但却可抑制陶瓷相长大。熔覆层显微组织均具有梯度分布特征,Ti B_2大小和形态受熔池温度和成分影响。熔覆层显微硬度随h-BN添加量增加而降低,Ti:B_4C:BN摩尔比为3:1:0时熔覆层近表面层HV_(0.2)显微硬度可高达11.26 GPa。