TC4钛合金表面激光合金化Ti-Al-Nb涂层的研究

以钛铝铌单质元素球磨混合粉末为原料,采用激光合金化技术在TC4钛合金表面成功制备出Ti-Al-Nb合金涂层。分析了涂层的物相组成、组织形貌及成分、显微硬度,并利用YG6球对磨来测试涂层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在激光功率P=1.8 k W,扫描速度V=5 mm/s,光斑直径D=2 mm下制备的涂层整体均匀致密、无裂纹,与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由Ti_3Al、AlNb_2、α-Ti 3种物相组成;Ti-Al-Nb涂层的显微硬度值沿层深方向呈平缓的梯度分布,平均硬度(HV)为5970 MPa,比TC4基体(3600 MPa)提高了66%;涂层平均摩擦系数为0.33,比TC4钛合金(0.45)降低了27%;涂层的磨损体积为0.044 mm3,耐磨性是钛合金基体(0.130 mm~3)的2.95倍。     

Ti-8Si-1.4Zr-xY_2O_3合金高温氧化行为的研究

采用"机械合金化-冷压成形-真空烧结"技术制备了Ti-8Si-1.4Zr,Ti-8Si-1.4Zr-0.1Y_2O_3和Ti-8Si-1.4Zr-0.3Y_2O_33种合金(%,质量分数),利用扫描电镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对烧结和氧化试样的表面及横截面形貌、物相组成进行分析,并对比了3种合金在700,800和900℃高温下的抗氧化性能来研究氧化机制。结果表明:添加Y_2O_3能显著提高Ti-8Si-1.4Zr合金的抗氧化性能,减小氧化层厚度,随氧化温度升高氧化膜逐渐增厚,氧化产物尺寸增大,呈朝棱柱状形态生长趋势。700℃下,所有合金都达到完全抗氧化等级,但添加Y_2O_3后平均氧化速度大幅降低,抗氧化性提升;800℃下,仅有Ti-8Si-1.4Zr-0.1Y_2O_3配方合金达完全抗氧化等级;900℃下,所有配方合金都在抗氧化等级以内。各配方合金氧化膜组成稍有不同,但氧化膜基本上由表面TiO_2氧化层、TiO_2与SiO_2构成的复合氧化层构成,其中各氧化层中可能还包含部分TiO,Ti_2O_3和Ti_3O_5等低价态钛的氧化物以及少量ZrO_2或(Ti,Zr)O_2相氧化物。     

添加Cu对Ti-16.28Si合金高温抗氧化行为的影响

选用Ti、Si、Cu粉末通过高能球磨-冷压-无压烧结制备了Ti-16.28Si和Ti-15.46Si-5Cu两种合金,并在800,900,1000℃空气中对其进行高温氧化试验。利用SEM、EDS及XRD对烧结和氧化试样的表面及横截面形貌、物相组成进行分析,以研究合金的氧化机制。结果表明:两种配方试样烧结之后主要含有Ti、Ti_5Si_3、Ti_5Si_4相,加Cu配方出现Cu_3Si相;加Cu后致密度升高。高温氧化80h后,氧化试样的主要物相为TiO_2,还含有少量的SiO_2、Ti_3O_5、TiO、CuO或Cu_2O相。Ti-16.28Si合金在900℃时氧化膜表层基本上全是金红石TiO_2,抗氧化性能最好,平均氧化速度k~+值约为0.521,达到抗氧化等级。800℃下,添加Cu显著改善Ti-16.28Si合金的抗氧化性能,其平均氧化速度k~+值约为0.623,也达到抗氧化等级;在Cu含量为5%(质量分数)时其平均氧化速度仅为Ti-16.28Si合金的57.8%。但在900和1000℃下,添加Cu降低了合金的抗氧化性能。     

TC4钛合金表面激光合金化制备Ti-Si涂层

以Ti、Si单质元素混合粉末为原料,采用激光合金化技术在钛合金表面成功制备出了Ti-Si合金涂层。分析了涂层的组织形貌、成分和物相组成,测试了涂层的显微硬度及与YG6在干摩擦磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在合适的激光合金化参数下制备的Ti-Si涂层整体均匀致密,无裂纹且与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由针状的α-Ti基体和网状分布的Ti_5Si_3/β-Ti共晶体(室温下为Ti_5Si_3/α-Ti)组成;自下而上涂层组织细化,硬度HV在6600~7300 MPa之间,与TC4钛合金相比,平均摩擦系数降低(0.39 vs 0.45),耐磨性提高2.4倍。