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.     

Al2O3-TiO2对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响

目的 进一步提高6061铝合金表面的硬度、耐磨性。方法 应用脉冲Nd:YAG激光器在6061铝合金表面制备了NiAl合金涂层和NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层。通过SEM、X射线衍射仪系统研究了Al2O3-TiO2陶瓷相添加对NiAl熔覆层组织形貌、成分分布、物相组成的影响。利用HVS-1000硬度测试仪及HSR-2M高速摩擦磨损机,对熔覆层硬度分布及耐磨性进行测试分析。结果 Al2O3-TiO2陶瓷颗粒加入使涂层宏观成形质量明显提高,表面平整光滑、波纹均匀,熔覆层枝晶间距减小,组织结构明显细化。与NiAl熔覆层相比,在NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层中,具有较高硬度的Al3Ni、Al3Ni2硬质相含量增大。同时,高硬度Al2O3和良好韧性的TiO2、NiTi金属间化合物在复合涂层内部形成。NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的显微硬度平均可达650HV0.2,相比NiAl涂层提高了300HV0.2;磨损体积仅为铝合金基体的1/9,相比NiAl涂层降低了35%。干摩擦条件下,NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的犁削、剥落现象显著降低。结论 在细晶强化、硬质相弥散强化及良好韧性的NiTi金属间化合物共同作用下,6061铝合金表面硬度和耐磨性得到显著提高。     

钛合金表面激光原位合成TiB_x-TiN/T_i3Al复合涂层的研究

以Ti、Al、h-BN粉末混合物为原料,采用激光熔覆技术在TC21表面原位合成出以金属间化合物Ti_3Al为熔覆层基体以及以TiB、TiB_2、TiN为增强相的复合涂层。对涂层的组织、硬度及摩擦磨损性能进行研究。结果表明:复合涂层与基体呈完全冶金结合,组织均匀致密,增强相主要包括枝晶状TiN、块状TiB_2及细针状TiB,其形貌与凝固过程的热力学、动力学以及晶体结构有关。在一定范围内,随着BN含量的增加,涂层中原位合成增强相的体积分数增加,硬度和耐磨性也随之提高。其中,添加8wt%BN复合涂层的性能最优,最高显微硬度为996 HV,约为基体的3倍,耐磨性约为基体的7倍。     

液氮强制冷却对Ti6Al4V表面激光熔覆制备WC/Ni60A涂层微观组织和性能的影响

为改善Ti6Al4V钛合金的表面硬度和耐磨性能,采用液氮强制冷却辅助激光熔覆制备35%WC/Ni60A (质量分数,下同)复合涂层,研究液氮强制冷却对熔覆层微观组织和力学性能的影响。利用XRD、OM、EM和EDS分析液氮强制冷却熔覆层的显微组织和物相组成;通过硬度试验,磨损试验探究液氮强制冷却熔覆层的硬度及抗磨损性能。结果表明,液氮强制冷却熔覆层由α(Ti),WC,W_2C,TiC,TiNi,Ti_2Ni,TiNi_3,NiB相构成。液氮强制冷却熔覆层的平均显微硬度HV_(0.2)达到13.63 GPa,硬度较基体和空冷熔覆层分别提高4倍和1.61倍。此外,液氮强制冷却熔覆层耐磨性分别为基体和空冷熔覆层的5.39倍和1.77倍。     

Ni60/h-BN含量对激光熔覆钛基复合涂层组织及性能的影响

目的 提高TC4合金的硬度与耐磨性。方法 利用RFL-C1000锐科光纤激光器在TC4合金表面制备钛基复合涂层,通过SEM、XRD、EDS、显微硬度计、摩擦磨损试验机对熔覆层的宏观形貌、微观组织、显微硬度以及摩擦磨损性能进行观察及测试。结果 当Ni60/h-BN的添加量为25%时,熔覆层表面平整度最好,且与基体呈现出良好的冶金结合;当Ni60/h-BN的添加量为5%时,熔覆层物相主要由Ti2N0.3、TiC和基底α-Ti组成;当Ni60/h-BN的添加量为15%时,Ti2N0.3、α-Ti和TiC的含量减少,Ti2Ni的含量增加;当Ni60/h-BN的添加量为25%时,Ti2Ni、TiNi、TiN、Ti2N0.3、TiB、TiC和α-Ti均匀分布在熔覆层中,此时熔覆层的硬度为997HV0.5,约为TC4基体硬度（332HV0.5）的3倍。TC4基体主要发生了磨粒磨损,熔覆层主要发生了粘着磨损。当Ni60/h-BN添加量为25%时,磨损形貌最好,磨损量为0.6 mg,摩擦系数稳定在0.51~0.52之间。结论 当Ni60/h-BN的添加量为25%时,熔覆层组织均匀致密,硬度与耐磨性能较基体有了显著提高。     

H13钢激光熔覆TiC/Ni合金复合涂层的组织与耐磨性

为提高H13模具钢的耐磨性能,利用激光熔覆技术,在H13钢表面制备了不同Ti C含量的Ti C/Ni基合金复合涂层,通过显微组织观察、硬度测试、滑动摩擦磨损试验方法对H13钢表面激光熔覆的不同复合涂层的组织及耐磨性能进行分析测试。结果表明,Ni60+Ti C激光熔覆涂层中物相主要为γ-(Fe,Ni)、Fe3C、Cr23C6、Ni2Si及Ti C,激光熔覆层具有较高显微硬度,Ti C的加入及含量增加可使熔覆层组织细化,复合熔覆层硬度提高,Ti C含量为30%时熔覆层内平均硬度最大,为873 HV0.2;激光熔覆Ti C+Ni60复合涂层的耐磨性显著高于H13钢基体,随Ti C含量增加而先增加后降低,Ti C含量20%耐磨性较佳;H13钢基体的磨损机制主要以犁削、切削为主,激光熔覆Ti C/Ni合金复合涂层以脆性剥落机制为主。     

H13钢激光熔覆TiC/Ni合金复合涂层的组织与耐磨性北大核心CSCD

为提高H13模具钢的耐磨性能,利用激光熔覆技术,在H13钢表面制备了不同Ti C含量的Ti C/Ni基合金复合涂层,通过显微组织观察、硬度测试、滑动摩擦磨损试验方法对H13钢表面激光熔覆的不同复合涂层的组织及耐磨性能进行分析测试。结果表明,Ni60+Ti C激光熔覆涂层中物相主要为γ-(Fe,Ni)、Fe3C、Cr23C6、Ni2Si及Ti C,激光熔覆层具有较高显微硬度,Ti C的加入及含量增加可使熔覆层组织细化,复合熔覆层硬度提高,Ti C含量为30%时熔覆层内平均硬度最大,为873 HV0.2;激光熔覆Ti C+Ni60复合涂层的耐磨性显著高于H13钢基体,随Ti C含量增加而先增加后降低,Ti C含量20%耐磨性较佳;H13钢基体的磨损机制主要以犁削、切削为主,激光熔覆Ti C/Ni合金复合涂层以脆性剥落机制为主。     

Y_2O_3对含Cu钛合金激光熔覆层微观组织与性能的影响

在Ti811钛合金表面利用同步送粉激光熔覆技术,制备了TC4+Ni45+WC+Y_2O_3+Cu多道搭接激光熔覆层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪分析了该熔覆层的微观组织和相组成。利用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度。结果表明,熔覆层微观组织中的生成相主要包括增强相TiC、金属间化合物Ti_2Ni、Ti_2Cu_3和TiCu_2等,基底为α-Ti;熔覆层增强相大部分偏聚于晶界生长,且晶粒得到细化;反应析出的Ti-Cu金属间化合物以超细纳米颗粒的形式存在于熔覆层晶界附近区域;熔覆层的显微硬度相比基底有了一定的提高,最高硬度为613 HV0.5,较基底提高了约0.5倍。     

Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响

目的研究Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响,改善其表面性能。方法利用激光熔覆技术在TC21钛合金表面制备不同Cr含量的Ni-Al涂层,采用带有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的显微组织、物相组成进行分析,采用显微硬度计和材料表面性能综合测试仪测试熔覆层的硬度分布和耐磨性能。结果熔覆层表面质量良好,未添加Cr元素时,熔覆层主要由Ni(Al,Ti)、Ni_2AlTi、Ti Ni等物相组成;添加Cr元素后,熔覆层中有α-Cr沉淀相析出,并且随着Cr元素含量的逐渐提高,Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr等物相的相对含量逐渐增加。熔覆层主要由Ni(Al,Ti)枝晶组织与其周围呈网状分布的Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr晶间组织构成。熔覆层的显微硬度均提高到基体的2倍左右,Cr元素对提高Ni-Al涂层显微硬度的影响不大,但能使其显微硬度波动减小,趋于平稳,熔覆层的韧性随着Cr元素含量的增加而不断提高。当Cr元素添加量为20%(原子数分数)时,耐磨性最好,约为基体的2.948倍。结论 Cr元素的添加,有利于熔覆层中α-Cr相的析出和Ti Ni/Ni_2AlTi共晶组织的生成,能有效降低熔覆层的室温脆性,提高塑韧性及耐磨性能。     

铝合金表面激光熔覆NiCrAl/TiC涂层生成和强化机制

为了改善铝合金表面的磨损性能,在A390铝合金表面激光熔覆制备Ni Cr Al/Ti C复合涂层。借助XRD和EDS分析了涂层的物相组成;通过SEM分析了涂层的微观组织;结合Al-Ni二元平衡相图和热力学知识对熔覆层Al-Ni金属间化合物形成机制进行了分析。结果表明:涂层物相包括Al Ni、Al3Ni2、Ti C、Cr13Ni5Si2、Cu9Al4和少量α-Al相;涂层自下至上分别为胞状晶、柱状树枝晶和等轴晶;熔覆层中Ti C颗粒强化机制包括细晶强化、硬质相颗粒弥散强化和位错堆积强化;熔覆层平均显微硬度为676 HV0.2,是A390铝合金的4倍。     

激光功率对Zr基复合涂层微观组织与性能的影响

选取Zr、Cu、Ni和Al的混合粉末为原料,在纯Ti基板上利用激光熔化沉积技术制备了Zr-Cu-Ni-Al单道熔覆涂层试样。采用X射线衍射分析仪、光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪等研究了激光功率对熔覆层显微组织与性能的影响。研究结果表明:熔覆涂层组织由非晶和金属间化合物组成,基体Ti对熔覆层的稀释作用是涂层发生晶化的主要原因;熔覆涂层中树枝晶尺寸随着激光功率的增加而变大,熔覆试样的硬度也随着树枝晶尺寸的增大而降低,最高可达(631±4) HV0.3,约为基体硬度的5倍,对基体具有显著强化效果。     

Ti3SiC2对Q235钢表面激光熔覆制备镍基涂层性能的影响

采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备了 Ti3SiC2增强镍基熔覆层,通过光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和摩擦磨损试验等研究了熔覆层的宏观形貌、组织、硬度分布、物相和耐磨性能.结果表明:由于Ti3SiC2的加入降低了熔池的流动性,导致加入Ti3SiC2的熔覆层与基体交界处形貌为波浪状,熔覆层组织有向枝晶转化趋势;加入Ti3SiC2的熔覆层的物相主要为γ-Ni基体、金属间化合物Ni3Fe、Cr1.22Ni2.88和硬质相TiC、SiC;由于表层晶粒细化等综合因素影响,未加入Ti3SiC2的熔覆层最高硬度在表层;由于Ti3SiC2在高温下分解后凝固形成的高硬度的SiC和TiC,导致加入Ti3SiC2的熔覆层的最高硬度出现在熔覆层的次表层;未加入Ti3SiC2的熔覆层磨损量是加入的4倍,且磨损机理由粘着磨损、氧化磨损转化为磨粒磨损、氧化磨损.     

钛合金激光熔覆TiB-TiC增强TiNi-Ti2Ni金属间化合物复合涂层的组织和耐磨性（英文）

以Ti＋Ni＋B4C粉末混合物为原料,利用激光熔覆技术在TA15钛合金基材表面制得TiB-TiC共同增强TiNi-Ti2Ni金属间化合物复合涂层。采用OM、SEM、XRD、EDS及AFM等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,测试涂层的室温干滑动磨损性能。结果表明,激光熔覆TiB-TiC增强TiNi-Ti2Ni金属间化合物复合涂层熔覆具有独特的显微组织,菊花状的TiB-TiC共晶均匀分布在TiNi-Ti2Ni双相金属间化合物基体中。由于高硬、高耐磨TiB-TiC陶瓷相与高韧性TiNi-Ti2Ni双相金属间化合物基体的共同配合,激光熔覆涂层表现出优异的耐磨性。     

钛合金激光熔覆TiB-TiC增强TiNi-Ti_2Ni金属间化合物复合涂层的组织和耐磨性(英文)

以Ti+Ni+B4C粉末混合物为原料,利用激光熔覆技术在TA15钛合金基材表面制得TiB-TiC共同增强TiNi-Ti2Ni金属间化合物复合涂层。采用OM、SEM、XRD、EDS及AFM等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,测试涂层的室温干滑动磨损性能。结果表明,激光熔覆TiB-TiC增强TiNi-Ti2Ni金属间化合物复合涂层熔覆具有独特的显微组织,菊花状的TiB-TiC共晶均匀分布在TiNi-Ti2Ni双相金属间化合物基体中。由于高硬、高耐磨TiB-TiC陶瓷相与高韧性TiNi-Ti2Ni双相金属间化合物基体的共同配合,激光熔覆涂层表现出优异的耐磨性。     

CeO_2对Ti811表面钛基激光熔覆层微观组织及性能的影响

采用同步送粉激光熔覆技术,在Ti811钛合金表面制备了不同CeO_2含量的TC4+Ni45+CeO_2多道搭接激光熔覆层。利用扫描电镜(SEM)观察了不同稀土添加量对熔覆层组织形貌的影响,利用能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分析了涂层的微观组织和相组成,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度。结果表明,在不同CeO_2添加量条件下,熔覆层生成相基本相同,主要包括Ti C、金属间化合物Ti_2Ni、TiB和基底α-Ti。随着CeO_2添加量的增加,熔体对流性增加,反应生成相得到明显细化。当CeO_2添加量为2%和3%时,涂层中生成相分布较为均匀。当涂层中加入CeO_2后,涂层的显微硬度较基底有明显提高,当CeO_2添加量为3%时,涂层的显微硬度相比未添加的CeO_2的涂层有所降低。     

陶瓷表面制备铜基金属覆层工艺及结合机理

通过对脉冲式YAG激光器在Al N陶瓷表面制备铜基金属覆层工艺进行优化,调整激光熔覆工艺参数,并进行熔覆前预热和熔覆后缓冷的工艺措施降低陶瓷基体的开裂倾向,引入活性金属钛来提高金属在Al N陶瓷表面的润湿性.结果表明,在陶瓷基体和铜基金属覆层之间形成过渡层,过渡层厚度随着电流的增大而增大,从陶瓷基体到铜基金属覆层,Ti元素含量先增高后降低,O元素含量先增大后减小,Cu,Al,N元素含量均呈现平滑过渡;通过SEM和微区XRD可以发现在激光熔覆过程中,Cu,Ti元素与陶瓷基体之间发生冶金反应,形成TiO_2,Ti_3Al,Cu_4Ti_5,Al_2TiO_3,Ti_2N等冶金产物.     

溶渗法制备Al3Ti/Al复合材料的研究

以钛丝网为反应源,以金属Al为基体,通过熔渗+原位反应法制备出一种Al3Ti金属间化合物颗粒增强铝基表面复合涂层。根据差热分析结果确定了反应温度为890℃;通过XRD、SEM以及显微硬度和磨损测试对所得到的复合涂层进行了表征。结果表明:当保温时间为20 min时,钛丝在铝基体中的反应较完全,原位合成为块状和条状的Al3Ti颗粒;颗粒的显微硬度大约为基体的4.5倍;在载荷为10 N的干滑动磨损条件下,相对于没有增强的Al基体而言,保温20 min所制备的复合涂层表现出较好的耐磨性,其磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损共存。     

原位合成Al_3Ti颗粒增强铝基复合涂层(英文)

以直径200μm、纯度99.5%的钛丝丝网为反应源,通过熔渗-原位反应法制备一种Al3Ti金属间化合物颗粒增强铝基表面复合涂层。差热分析结果表明,在890°C下,Ti丝和Al熔体间发生反应。采用XRD、SEM以及显微硬度和磨损测试对所得到的复合涂层进行表征。结果表明:当保温时间为20min时,钛丝反应完全,原位合成为块状和条状的Al3Ti颗粒;颗粒的显微硬度大约为基体显微硬度的4.5倍;在载荷10N的干滑动磨损条件下,与没有增强的Al基体相比较,保温20min所制备的复合涂层表现出较好的耐磨性,其磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损共存。     

激光功率对TC4表面钛基激光熔覆层微观组织及性能的影响

在激光功率为700、900、1100 W时,利用同步送粉激光熔覆技术,在TC4钛合金表面制备了TC4+Ni45+WC+Ce O_2多道搭接激光熔覆层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了涂层的组织和相组成,利用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度。结果表明,在不同激光功率下,熔覆层生成的相相同,主要包括Ti C、Ti B、金属间化合物Ti_2Ni、W单质和基底α-Ti。随着激光功率的提高,熔覆层析出相的尺寸减小、数量减少、密度降低。当激光功率为1100W时,热影响区厚度加深,熔覆层基底出现烧损现象。随着激光功率的增加,熔覆层的显微硬度逐步降低,显微硬度开始衰减的位置与其上表面距离逐步增加。     

钛合金激光熔覆纯Cu粉的热力学与组织性能

采用预置粉末的方式在钛合金Ti6Al4V表面激光熔覆纯Cu粉,利用热力学相图软件(Thermo-Calc)对Ti-Cu-Al-V合金体系进行平衡相图计算、根据平衡相图推测涂层中可能存在的相,运用DICTRA软件模拟计算纯Cu粉在Ti6Al4V表面凝固过程及元素扩散行为。结果表明,涂层主要存在相为Cu Ti2、Cu Ti3、Ti(Cu,Al)2、Al2Cu3,熔覆层主要组织为交错的树枝晶,熔覆层的显微硬度大大高于基体,耐磨性能显著提高,当激光功率P为2.2 k W时,熔覆层硬度、耐磨性能相对较优。