TC4钛合金激光熔覆TiC+M涂层组织和耐磨性能研究

用CO2激光在TC4合金表面熔覆TiC＋髓和TiC＋NiCrBSi金属陶瓷涂层,分析了熔覆层的微观组织,测试了熔覆层的干滑动磨损性能。结果表明,在TiC＋Ti激光熔覆层中,TiC颗粒全部溶解,熔覆层的组织是在β-Ti基体上分布着TiC树枝晶;在TiC＋NiCrBSi激光熔覆层中,TiC颗粒部分溶解,熔覆层的组织是在γ-Ni树枝晶和卜Ni＋M23（CB）6共晶的基体上分布着细小的TiC颗粒和TiC树枝晶。TiC＋骶激光熔覆层的显微硬度在500～700HV之间,质量磨损率约为TC4合金的1／3;TiC＋NiCrBSi激光熔覆层的显微硬度在900～1100HV之间,质量磨损率约为TC4合金的1／10。     

TC4钛合金表面激光熔覆TiC复合涂层组织和耐磨性能

采用HL-5000型横流CO2 激光加工机,在TC4钛合金表面制备了表面平整、细密、消除了裂纹与孔隙的TiC复合涂层.通过SEM、EDAX、XRD、HXD-1000TMC型显微硬度计和HT-600型高温摩擦磨损试验机,分析了熔覆层的显微组织、成分、物相,测试了激光熔覆层的显微硬度和滑动摩擦磨损性能.结果表明,激光熔覆制备的TiC复合涂层与基体呈冶金结合,涂层中有大量小块状、针状TiC颗粒和TiC树枝晶,熔覆层的显微硬度达880～ 1087 HV0.1,耐磨性能比TC4钛合金显著提高.     

激光熔覆TC4钛合金的静态力学性能

对激光熔覆TC4钛合金不同取样方向上的力学性能进行了对比研究,从沿沉积方向(Z方向)和垂直于沉积方向(X方向)分别取样,在室温下开展准静态拉伸试验,对其抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率、微观组织及断口形貌进行了分析。研究结果表明:X方向试样的抗拉强度和屈服强度略高于Z方向试样,但Z方向试样的断后伸长率及断面收缩率明显高于X方向试样,Z方向试样有更好的塑性,而且两个方向的力学性能都达到甚至超过商用TC4钛合金基材的力学性能。     

铝合金表面激光熔覆NiCrAl/TiC复合涂层的磨损行为和耐蚀性能

为提高铝合金的摩擦磨损和耐蚀性能,在A390铝合金基体上通过激光熔覆制备NiCrAl/TiC复合涂层。采用XRD和EDS分析了涂层的物相组成,结合SEM观察了涂层的微观组织,运用摩擦磨损试验机和电化学工作站测试了涂层的摩擦磨损和耐腐蚀性能。结果表明:复合涂层主要物相为AlNi、Al、TiC同时含有少量的Cr、Cu和αAl)。涂层自下至上分别为短棒状树枝晶、胞状晶、柱状树枝晶和等轴晶。相同磨损条件下,A390基体发生了严重的磨粒磨损和剥层磨损,而激光熔覆涂层只产生了轻微的磨粒磨损,熔覆层的相对耐磨性为3.16。在3.5%NaCl溶液中的极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)显示:熔覆层自腐蚀电位较A390基体的正移,腐蚀电流密度减小;熔覆层呈单容抗特性,而A390基体在高频区表现为容抗特性,在中低频区则为感抗特性。在Bote图中,低频区熔覆层对应的相位角和中低频段熔覆层的阻抗模值均大于A390基体的,表明熔覆层的耐蚀性远高于A390基体的。熔覆层的腐蚀形貌为局部点蚀,A390基体的腐蚀形貌为晶间腐蚀和剥蚀。     

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。     

TC4钛合金表面等离子熔覆Ni60涂层的性能

以等离子熔覆方式在TC4钛合金表面制备Ni60熔覆层,通过X射线衍射、扫描电镜和显微硬度测试等方法分析Ni60熔覆层凝固组织、成分及硬度的关系。结果表明:在Ni60粉末熔覆层中,由基底依次凝固生长柱晶、枝晶、等轴晶和共晶组织,在柱晶及枝晶主干等部位,Ti优先选择固溶N/O元素,将其他合金元素排挤到后凝固的等轴晶区,在最后凝固区形成富含Ni的共晶组织。熔覆层中先凝固的柱晶及枝晶区,一次时效(600℃/1 h)后获得的强化效果最佳;而后凝固的等轴晶区与共晶区,富含多种合金元素,经三次时效后,表面等轴晶区硬度强化效果依次递增,最终硬度可达800 HV。与TC4钛合金相比,Ni60熔覆层具有更优异的耐磨性和耐蚀性,三次时效后的Ni60涂层磨损失重从0.057 4 g降至0.017 1 g,耐磨性提高约3倍。     

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。     

钛合金表面激光熔覆原位生成TiC增强复合涂层

利用Cr3C2和TiC生成自由能和稳定性的差异,通过激光熔化法在Ti6Al4V表面制备TiC颗粒增强钛基复合材料涂层,结果表明：选择合适的激光处理工艺,可使Cr3C2和Ti合金粉末通过原位结晶置换反应生成TiC/Ti复合材料熔覆层。亚微米级的TiC颗粒均匀地分布于复合材料的基体中,复合材料的基体组织随合金粉末的成分不同而改变。     

TC4钛合金表面激光熔覆Ni包WC复合涂层研究

为了提高钛合金的耐磨性能及使用性能,采用激光熔覆法在TC4钛合金基体上制备了Ni与WC混合粉末涂层,研究了不同WC添加量对熔覆层的物相组成、显微组织、硬度及耐磨性能的影响。结果表明,三组不同的熔覆材料经过激光熔覆后,都可以使材料表面硬度和耐磨性能较基材大幅度增加。但是随着WC含量的增加,熔覆层均匀性降低,出现小颗粒的WC团,并且组织开始多样化,且硬度分布均匀性也有所下降。     

TC4钛合金表面激光熔覆Ni60+Cu/Mo涂层的显微组织和性能

在TC4钛合金表面激光熔覆Ni60A、Ni60CuMo复合粉末,研究Cu和Mo元素对熔覆层显微组织、硬度及耐磨性的影响。结果表明,在相同激光熔覆工艺参数下,Ni60CuMo熔覆层中除含有Ni60A熔覆层所含有的Ti₂Ni、TiNi、TiB₂和TiC相外,还含有Cu_0.81Ni_0.19、Ti₂Cu、MoSi₂等硬质相。在硬质相的作用下,Ni60CuMo熔覆层的显微硬度平均值(HV_0.1)为826,是Ni60A熔覆层硬度的1.2倍。在相同条件下,Ni60CuMo熔覆层的磨损率为3.30×10^-6 mm³/(N·m),约为Ni60A熔覆层磨损率的16.42%,是TC4钛合金基体磨损率的4.23%。添加Cu和Mo能显著提升TC4钛合金表面激光熔覆层的耐磨性。     

激光熔覆Ni60-WC+TiC复合涂层的组织和性能

采用激光熔覆工艺在TC4钛合金基体上制备了Ni60-25%WC+10%Ti C复合涂层,并通过场发射扫描电镜(FESEM)、XRD,摩擦磨损试验分析研究了熔覆层的组织和性能。结果表明,熔覆层中主要以树枝状晶为主,在1200 W时熔覆层中出现了一些块状组织,XRD分析表明,熔覆层中产生了Ti C、WC、VC等陶瓷相,另外还形成了Al Ni_3、Al_(0.96)B_(0.04)Ni_3、Cr_2Ti以及C_(0.12)Fe_(1.88)金属化合物,这些相对于提高熔覆层表面硬度非常有利。硬度测试结果表明,熔覆层最高硬度可达1176 HV0.3,比基体硬度提高了322%。摩擦磨损结果表明,在1000 W时由于WC、Ti C等颗粒未熔,导致摩擦过程中硬质颗粒脱落,其摩擦因数甚至高于基体。而随着功率的增大,WC和Ti C等熔化、重新形核并长大,这些硬质相不易脱落,因此其摩擦因数更小,分别是0.18和0.10。     

激光功率对TC4熔覆涂层组织及性能的影响

目的 探究超快激光功率对TC4钛合金表面熔覆TC4粉末复合涂层组织及其性能的影响。方法 用超快激光器在TC4基体上制备TC4合金熔覆层。进行了1 000、1 500、2 000 W 3组功率参数的试验,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、EDS能谱仪、电化学工作站、显微硬度计、摩擦磨损仪,对熔覆层的显微组织、物相结构、耐腐蚀及力学性能进行分析测试。结果 试件的熔覆质量受功率参数的影响,功率较低会导致熔覆层较浅,而功率过高又会导致基体因过烧损坏。3组功率参数下组织分别以细小颗粒胞状晶、细针状树枝晶、粗大树枝晶为主,随着功率的增大,组织开展方向越发规律,同时组织数量和密度都呈下降趋势。激光功率对熔覆层的元素变化影响很小,形成了TiN、Ti2N等硬质相,涂层硬度和抗磨损性能显著增强,硬度最高可达840.5HV。功率为1 000~2 000 W时,磨损性能先增加后降低,功率为1 500 W时抗磨损性能最佳,功率为2 000 W时因功率过高导致抗磨损性能反而比基体更低。同时功率为1 500 W时也具有最高的腐蚀电位和最低的腐蚀电流密度,涂层的耐腐性能最强。结论 合适的扫描功率参数具有最好的熔覆层质量、最佳的硬度和耐蚀耐磨性能。激光功率为1 000~2 000 W时,功率参数P=1 500 W时,熔覆层的综合性能最好。     

激光熔覆TiC增强不锈钢涂层的组织及性能

以机械混合后的2205不锈钢、钛铁和Cr3C2粉末为原料,在16Mn钢的表面制备了TiC增强不锈钢激光熔覆层,并对其显微组织、摩擦磨损及电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明:熔覆层组织主要由α-Fe、γ-Fe和TiC析出相构成,Ti和C元素反应充分,无Cr_3C_2陶瓷相残留,也无其他杂相生成;随TiC比例的增加,γ-Fe相含量减少,TiC析出形貌由尺寸较小的块状转变为尺寸相对较大的十字放射状; TiC强化相的引入有效地提高了熔覆层的显微硬度和耐磨性,且降低了熔覆层粘着磨损的倾向,并增强了其抗磨粒磨损的能力;相比于单一2205不锈钢熔覆层,TiC强化不锈钢熔覆层在3.5%NaCl水溶液中的钝化能力下降,但同步补充Cr元素能够有效改善其耐腐蚀性能。     

钛合金TC4激光熔覆成形的数值模拟研究

对钛合金TC4激光熔覆过程进行数值模拟。分析了不同激光功率、焊接速度下,激光熔覆过程中的温度场及应力场。结果表明:在本模拟研究中,当扫描速度为4 mm/s时,激光光斑半径为1.5 mm,激光功率为300 W时,熔池深度为0.6 mm,宽度为2.4 mm,成形效果好;当激光功率升至500 W,扫描速度为5 mm/s,激光光斑半径为1.5 mm时,成形效果也好。综合考虑成形质量和时间成本,后者为最优工艺参数。成形件的中心部位应力较为集中,出现缺陷的可能性较大。     

TC4钛合金表面激光熔覆法制备Y_2O_3颗粒增强Ni/TiC复合涂层

采用激光熔覆法在TC4钛合金表面原位制备Y2O3颗粒增强Ni/TiC复合涂层,研究涂层的相组成、微结构、成分分布及性能。结果表明,复合涂层内的微结构和成分在深度方向具有分层现象,这主要是由激光熔覆过程的快速熔凝和冷却过程所致。在激光熔覆过程中,TiC粉末完全熔化并在凝固过程中析出为细小枝晶,这些TiC枝晶的尺寸随着深度的增加而减小,而Y2O3颗粒则分布在整个重熔层中。Y2O3颗粒增强Ni/TiC复合涂层具有较均匀的硬度,其最高值约为HV1380,比基体高4倍以上。由于复合涂层具有高的硬度,钛合金经过激光熔覆后其耐磨性得到大幅度提高。     

钛合金TC4激光熔覆NiCrBSi+Ni/MoS_2涂层组织和摩擦磨损性能

以Ni60+Ni/MoS2混合粉末为熔覆材料,采用Nd:YAG激光器在TC4合金表面进行了激光熔覆试验,利用OM、SEM、EDS、XRD等分析了激光熔覆层的微观组织,测试了激光熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,在激光熔覆过程中MoS2发生了分解,分解出的S与Cr反应形成了CrxSy不定比化合物,Ni60合金中的C与基材表层熔化的Ti反应形成了TiC。反应形成的CrxSy化合物呈近球状颗粒形态,TiC呈树枝晶形态,二者均匀地分布在熔覆层中。由于TiC的硬质强化作用和CrxSy的润滑作用,激光熔覆层不仅具有较高耐磨性能,而且具有低而平稳的摩擦系数。     

激光熔覆TiC金属基陶瓷涂层的研究

采用自动送粉模式在碳钢表面原位激光熔覆TiC金属基陶瓷涂层.测试了涂层的温度场并模拟计算了光斑能量分布.用XRD表征了粉末和涂层的物相,用SEM分析了涂层表面和横截面的显微组织.研究表明光斑直径大小对熔覆涂层温度分布和涂层微观结构、性能的影响显著.当光斑直径为2.8mm时,能量分布为“尖顶帽状”模式,涂层为均匀的枝晶组织且致密,其显微硬度最高可以达到1 280HV.     

激光熔覆TiC金属基陶瓷涂层的研究

采用自动送粉模式在碳钢表面原位激光熔覆TiC金属基陶瓷涂层。测试了涂层的温度场并模拟计算了光斑能量分布。用XRD表征了粉末和涂层的物相,用SEM分析了涂层表面和横截面的显微组织。研究表明光斑直径大小对熔覆涂层温度分布和涂层微观结构、性能的影响显著。当光斑直径为2.8mm时,能量分布为“尖顶帽状”模式,涂层为均匀的枝晶组织且致密,其显微硬度最高可以达到1280HV。     

CFRP表面激光熔覆TC4 + AlSi10Mg复合涂层的组织与性能

采用激光熔覆技术在碳纤维增强热塑性塑料(carbon fiber reinforced thermoplastics, CFRP)表面成功地制备了TC4 + AlSi10Mg复合涂层. 通过扫描电镜、能谱仪和透射电镜分析了TC4 + AlSi10Mg复合涂层与CFRP基体连接的界面层微观结构、元素成分分布及相组成. 采用纳米压痕仪对复合涂层到基材的硬度变化规律进行测试. 结果表明,通过激光熔覆技术可以快速在CFRP材料表面形成连续的、均匀的TC4 + AlSi10Mg复合涂层. TC4 + AlSi10Mg复合粉末在激光作用下,受热熔化渗透到CFRP基体内部,形成良好的冶金结合,并在碳纤维-树脂-复合涂层之间形成连续的界面层. TC4 + AlSi10Mg复合涂层与CFRP基体连接的界面层相成分为TiC,Ti₃Al,TiS₂和Ti₃AlC相. CFRP基体的平均硬度为10.15 HV,涂层的最高硬度可达1914 HV. 基于试验观察和理论分析,得出CFRP表面激光熔覆TC4 + AlSi10Mg复合涂层主要的界面反应机理为Ti(s) + C(s)→TiC(s),Al(l) + 3Ti(s)→Ti₃Al(s).     

钛合金表面激光熔覆涂层的研究进展

激光熔覆是钛合金表面改性的重要技术手段之一,已成为当前研究热点。综述了国内外关于钛合金表面激光熔覆抗高温耐氧化、耐腐蚀、耐磨损和生物陶瓷等涂层的熔覆材料、熔覆层相组成和强化机理等的研究现状。其中,抗高温耐氧化涂层主要由于TiO_2、Al_2O_3等相的隔氧作用,提高了钛合金在高温下的抗氧化性;耐腐蚀涂层主要由于Ti N和Ti2Ni等相的固溶强化及细小针状马氏体α’等的细晶强化,提高了其耐腐蚀性;耐磨损涂层主要由于Ti C、Ti B、Ti B2等相的弥散强化作用,提高了涂层的耐磨性;生物陶瓷涂层由于HA、Ca O等相的存在,增强了钛合金的生物相容性。其次,阐述了由于熔覆材料与基材的热物性差异、试样预处理不当和工艺调控不当等因素引起的未熔颗粒、球化效应、裂纹、气孔和夹杂等主要缺陷,以及调控激光功率、扫描速度等工艺参数,预热基体材料,通入保护气体和加入适当成分添加剂等控制和改善相关缺陷的措施。最后,展望了钛合金表面激光熔覆涂层和技术的发展方向。