Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层研究进展

Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层能显著提高合金的摩擦磨损、高温抗氧化性能。本文在总结和评述Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层材料体系及性能的基础上,提出了该工艺存在的不足及解决途径,并对其发展进行了展望。     

激光熔覆Ti-Al金属间化合物复合涂层的显微组织和性能

以Ti和Al在高温下的化学反应热力学条件为依据,利用激光熔覆技术在ZL117铝活塞零件表面制备金属间化合物TiAl_3增强的Al基复合涂层。借助XRD、EDS和XPS分析涂层的物相组成和结构特征,通过OM和SEM观察涂层的表面宏观形貌及其内部显微组织,运用马弗炉测试了熔覆涂层在静态空气中的高温抗氧化性能。结果表明,复合涂层主要由浅灰色网状组织TiAl_3、暗灰色网状间隙相α(Al)和少量晶须状Si组成。复合涂层中Ti以TiAl_3形式存在,在TiAl_3中结合能分别为460.53 eV(Ti2p1峰)和454.96 eV(Ti2p3峰);Al则以TiAl_3、Al_2O_3和Al的形式存在,3种物相中Al的结合能分别为73.60、75.82和72.90 eV。600℃恒温80 h下的氧化动力学曲线显示,相同氧化条件下,涂层氧化增质较为平缓,氧化速率小,具有较好的相对高温抗氧化性能,相对高温抗氧化值最大为2.64。熔覆涂层表面氧化产物为Al_2O_3和TiO_2,铝合金基体表面氧化产物为Al_2O_3和少量SiO_2。     

Ti6Al4V合金激光熔覆NiMoSi复合涂层的高温抗氧化性能

为提高Ti6Al4V合金的高温抗氧化性能,以Ni-48%Mo-32%Si混合粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备复合涂层,分析涂层物相、组织结构、高温抗氧化性能及抗磨损性能,并讨论相关机理。结果表明：复合涂层中无裂纹,与基体实现了良好的冶金结合;硬质相Ti₅Si₃、MoSi₂和Mo₅Si₃均匀分布于基体α-Ti、NiTi中。经恒温800 ℃氧化100 h后,复合涂层的氧化膜主要由TiO₂、SiO₂和NiO组成,结构连续致密,表现出较好的高温抗氧化性能。而Ti6Al4V合金氧化膜主要为疏松TiO₂,表面氧化严重;氧化后,复合涂层和基体的单位面积增重分别为1.31和23.38 mg/cm²;复合涂层和基体的摩擦因数分为0.44和0.52、磨损率分别为16.2×10^-5和22.6×10^-5mm³/Nm,复合涂层的摩擦学性能亦有明显提高。     

不同温度下γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以Ti C为增强相、γ-Ni Cr Al Ti固溶体为增韧相、Ca F2为自润滑相的γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层。分别在室温、300℃和600℃时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能,并且讨论了其与对磨球的磨损机理。结果表明:从室温到600℃,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低,该复合涂层具有较好的自润滑耐磨性能;对偶件Si3N4陶瓷球的磨损也有一定程度的降低。600℃时,Ti6Al4V基体的磨损机理为氧化塑性变形,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2磨损机理为润滑转移层的形成。     

添加固体润滑剂WS_2的钛合金激光熔覆高温耐磨复合涂层组织与耐磨性

为提高钛合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了γ-Ni Cr Al Ti/Ti C与γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分析了涂层的物相和显微组织,在球-盘式高温摩擦磨损试验机上测试了不同温度下(室温、300℃、600℃)复合涂层的摩擦学性能。结果表明:激光熔覆的复合涂层与基体呈冶金结合,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C复合涂层主要由硬质相Ti C和γ-Ni Cr Al Ti固溶体组成;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层主要是由硬质Ti C和Ti WC2为耐磨增强相、γ-Ni Cr Al Ti为增韧相、Ti2CS和Cr S金属硫化物为自润滑相组成的高温自润滑耐磨复合涂层。γ-Ni Cr Al Ti/Ti C和γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层的摩擦系数在实验温度下都远低于Ti6Al4V基体;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS表现出良好的高温自润滑减摩性能。     

钛合金表面激光熔覆AlCoCrFeMoVTi高熵合金涂层的摩擦磨损和高温抗氧化性能

为提高钛合金的摩擦磨损和高温抗氧化性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V(TC4)钛合金表面制备了近等原子比的AlCoCrFeMoVTi高熵合金(HEA)涂层。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析了涂层的物相组成和显微组织;利用HDX-1000维氏硬度仪测试了熔覆层显微硬度;通过UMT-3摩擦磨损试验机和GSL-1400X型管式电阻炉分别测试了HEA涂层的摩擦磨损性能和高温抗氧化性能。结果表明,HEA涂层主要由面心立方(fcc)、体心立方(bcc)二元共晶相组成;HEA涂层最高显微硬度HV0.2为10 990 MPa,是基体TC4的3.29倍;涂层摩擦系数为0.31,磨损体积为1.79×10~(-4)mm~3,分别为基体的59.62%和12.01%;在800℃恒温下氧化50h后,HEA涂层的氧化增重为1.49 mg,仅为基体的16.37%。激光熔覆高熵合金AlCoCrFeMoVTi涂层能显著改善Ti6Al4V钛合金的摩擦磨损和高温抗氧化性能。     

TiAl合金激光熔覆复合材料涂层的高温抗氧化性能研究

利用预涂NiCr-Cr3C2复合粉末对γ-TiAl合金（简称TiAl合金）进行激光熔覆处理，制得了以Cr7C3、TiC硬质相为耐磨增强相，以γ-NiCrAl镍基固溶体为基体的复合材料涂层，研究了原始TiAl合金和激光熔覆涂层的高温（1000℃）恒温氧化性能。结果表明：激光熔覆复合材料涂层在1000℃恒温氧化条件下具有较好的抗氧化性能，氧化层结构较连续致密，在组成上主要由Al2O3、Cr2O3和TiO2组成，原始TiAl合金的高温氧化产物表层主要由脆性疏松的TiO2组成，而亚表层则为（TiO2＋α—Al2O3）的混合氧化物，表现出较差的高温抗氧化性能。     

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。     

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B4C涂层的组织结构

选用NiCrBSi及2％民C混粉在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理，使基体中的Ti和B4C发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相，制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层。综合运用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了优化熔覆工艺条件下的NiCrBSi＋B4C激光熔覆层的组织结构与相组成，并对复合涂层进行了硬度测试，结果表明：NiCrBSi＋2％B4C熔覆层的微观组织是在γ—Ni和Ni3Ti＋Ni3B共晶的基体上均匀分布着TiB2、TiC、CrB等相的多元组织，激光熔覆层的硬度比Ti6Al4V基体硬度提高到3～4倍。     

TiO_2/Al_2O_3微弧氧化复合涂层的制备及耐磨性研究（英文）

主要利用微弧氧化方法在Ti-6Al-4V合金表面制备Ti O_2/Al_2O_3复合涂层,并揭示了O~(2-)、Al O_2~-,和Ti~(4+)在涂层生长过程中的作用机制。在高温高电压条件下,Ti-6Al-4V合金表面首先生成Ti O_2、Al_2O_3和Al_2Ti O_5,不断放电引起的高热能导致Al_2Ti O_5进一步分解成Ti O_2和Al_2O_3,且XRD分析表明涂层的物相组成主要是A-Ti O_2、R-Ti O_2和α-Al_2O_3。耐磨性测试结果表明,与基体相比Ti O_2/Al_2O_3复合涂层的显微硬度HV提高到11000 MPa,且耐磨性显著提高,磨损量降低了9.5倍。     

高温合金表面激光熔覆MoSi_2/Al复合涂层的组织结构和性能

为了制备陶瓷基复合涂层,采用CO2激光器在GH586表面激光熔覆Mo Si2/Al复合涂层,研究了熔覆层的组织结构、显微硬度,并进行了1050℃下的抗高温氧化试验。结果表明,熔覆层剖面中热影响区、结合区、熔覆区分布较为明显,在其他条件不变时,随着Al含量的增加,熔覆层显微硬度逐渐降低,复合涂层硬度最高为920 HV,熔覆层抗氧化性能逐渐增强,这是由于氧化膜中Al2O3含量逐渐增多。而与基体相比,熔覆层氧化膜更为致密,抗剥落能力增强,高温抗氧化性能明显提高。     

CeO2颗粒对铌合金表面镀渗复合涂层抗氧化性能的影响

为了提高铌合金的高温抗氧化性,采用化学镀结合包埋渗技术在铌合金表面制备了含有CeO_2颗粒的复合涂层,研究了复合涂层的微观结构和高温抗氧化性能。结果表明,不含CeO_2的Al/Ni涂层以NiAl相为主,Al/Ni-CeO_2涂层则含NiAl、NiAl_3、Al3Nb和CeO_2等相。经1000℃氧化测试,Al/Ni复合涂层氧化50 h后增重为8.0 mg/cm~2,表面主要生成Al_2O_3、AlNbO_4相;Al/Ni-CeO_2复合涂层50 h后氧化增重为4.0 mg/cm~2,表面以Al_2O_3、CeO_2、NiAl、NiAl_3、Al3Nb、AlNbO_4相为主。高温氧化后,2种涂层样品表面均生成连续致密的Al_2O_3膜,涂层与基体结合良好;含CeO_2的涂层,其稀土氧化物主要在Ni膜拖拽力作用下富集于涂层互扩散区。稀土氧化物颗粒的添加细化涂层组织,降低涂层中Al元素的消耗,填补涂层中的孔洞,增强了氧化膜与涂层的粘附力,有效提高了涂层的抗氧化性。     

Ni_3Al金属间化合物激光熔覆层的组织与性能

以镍粉及铝粉的混合粉末为熔覆材料,配比了Ni_3Al粉末成分,采用激光熔覆技术,在Q235钢基体表面制备了Ni Al合金涂层,分析了涂层的组织结构及形成机理,研究了其抗高温氧化性能。结果表明:采用合适的激光熔覆参数可以获得表面质量及结合性能良好的Ni Al合金涂层,涂层主要由γ'-Ni_3Al及γ-Ni构成。涂层组织均匀细密,没有明显的方向性。涂层显微硬度约为基体的2.6倍,抗高温氧化性能约为基体的4倍。     

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。     

Ti6Al4V合金双层辉光离子钴铬共渗层的高温抗氧化性能

针对Ti6Al4V合金高温抗氧化性差的问题,采用双层辉光离子技术进行钴铬共渗并对渗层高温抗氧化性能进行研究.结果表明,渗层组织均匀、致密、无裂纹,由沉积层、过渡层和扩散层构成,与Ti6Al4V合金基体间呈冶金结合;钴铬共渗层的高温氧化质量增加明显低于基体,其主要原因是渗层在高温氧化后生成组织致密的Cr2O3,有效地阻止了基体的进一步氧化,从而显著提高了Ti6Al4V合金表面高温抗氧化性能.     

信息动态

在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面激光熔覆了Co基金属陶瓷复合涂层,对高温氧化后基体和复合层进行物相分析,并采用垂直气-砂喷射式高温冲蚀磨损试验装置进行高温冲蚀试验,分析熔覆层冲蚀后的微观形貌.研究表明:钴基合金熔覆层具有良好的抗高温氧化性能,原因在于Co能有效促进形成由Cr2O3,CoO·Cr2O3或CoCr2O4组成的致密氧化膜,且CoO与Cr2O3间较强的结合键增强了氧化膜的致密性.钴基合金添加10％ WC的激光熔覆层具有比基体金属更为优良的抗高温冲蚀磨损性能,而添加了20％ WC的激光熔覆层的抗高温冲蚀磨损性能则比基体差.     

激光熔覆钴基金属陶瓷复合涂层抗高温氧化及冲蚀性能

在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面激光熔覆了Co基金属陶瓷复合涂层,对高温氧化后基体和复合层进行物相分析,并采用垂直气一砂喷射式高温冲蚀磨损试验装置进行高温冲蚀试验,分析熔覆层冲蚀后的微观形貌。研究表明:钴基合金熔覆层具有良好的抗高温氧化性能,原因在于Co能有效促进形成由Cr_2O_3,CoO·Cr_2O_3或CoCr_2O_4组成的致密氧化膜,且CoO与Cr_2O_3间较强的结合键增强了氧化膜的致密性。钴基合金添加10%WC的激光熔覆层具有比基体金属更为优良的抗高温冲蚀磨损性能,而添加了20%WC的激光熔覆层的抗高温冲蚀磨损性能则比基体差。     

γ-TiAl合金表面Al_2O_3/Al复合涂层的抗高温熔盐腐蚀性能（英文）

采用磁控溅射技术于γ-TiAl合金表面制备Al_2O_3/Al复合涂层。在850℃下、100%(质量分数)Na_2SO_4熔盐中观测Al_2O_3/Al复合涂层的高温腐蚀行为。结果表明,Al_2O_3/Al复合涂层具备由Al_2O_3表层、富Al中间层以及互扩散层组成的梯度结构,因而有效地提高了基体γ-TiAl合金的抗高温腐蚀性能。在腐蚀实验后,涂层试样表面相结构为Al_2O_3、TiO_2和TiAl_3。致密的Al_2O_3/Al复合涂层有效地抑制了O~(2-)、S~(2-)和Na~+对基体γ-TiAl合金的侵蚀。并且,Al_2O_3/Al复合涂层的梯度结构亦使其表现出了优异的抗开裂和抗剥落性能。     

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.     

钛合金表面熔结AlSiCrTi涂层的高温性能

采用无机盐料浆熔烧法在Ti6Al4V钛合金表面制备了AlSiCrTi涂层,利用氧乙炔火焰在大气环境下熔烧涂层,经2000℃×10 min熔烧后,利用扫描电子显微镜(SEM)对比分析了AlSiCrTi涂层经熔烧氧化前后的表面和断面形貌,利用能谱仪(EDS)分析了熔烧氧化前后的表面成分变化,利用X射线衍射(XRD)分析了熔烧氧化前后的相结构.结果表明,AlSiCrTi涂层表现出很好的高温抗氧化性能,显著改善了Ti6Al4V钛合金在超高温环境下的使用性能.