TC4钛合金表面TiC涂层的制备、组织与性能

采用激光熔融法在TC4钛合金表面制备TiC涂层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和磨损实验机等仪器观察和分析涂层的组织与性能。结果表明,所制备的TiC涂层摩擦系数低、耐磨性能好,且与基体为冶金结合。TiC涂层的主要物相有TiC、γ-Ni、β-Ti、Cr和VC等。     

TC4钛合金表面CrAlN涂层的制备及性能研究

为提高TC4 (Ti-6Al-4V)钛合金的表面硬度和耐磨性能,利用等离子氮化技术将TC4钛合金进行氮化处理,然后利用多弧离子镀技术在氮化层上制备了CrAlN涂层.分析了所制备涂层的表面相结构、显微形貌、显微硬度和摩擦磨损性能.结果 表明:TC4钛合金表面经氮化处理后表面硬度明显提高,耐磨性也得到明显改善;在氮化层上制...     

偏压梯度TiAlN涂层对TC4钛合金振动与拉伸疲劳性能的影响与机理

目的 探究偏压梯度TiAlN涂层对基体疲劳性能的影响规律和疲劳损伤机理。方法 利用磁过滤阴极真空弧技术和连续改变偏压的沉积工艺,在TC4钛合金表面沉积了偏压梯度TiAlN涂层,并采用扫描电镜、轮廓仪、纳米压痕和划痕仪表征测试了TiAlN涂层的微观结构和内应力、表面硬度、膜基结合力等基本力学性能。对TiAlN涂层试件的振动和拉伸疲劳性能分别进行了考核,通过观察试件疲劳断口形貌,探究了偏压梯度TiAlN涂层/基体的疲劳损伤机理。结果 TiAlN涂层中Al元素含量沿深度方向一直在降低,偏压工艺成功制备出梯度结构涂层。偏压梯度TiAlN涂层的内应力为压缩状态,数值为(2.66±0.23) GPa,显著低于对应恒压涂层(‒200 V)。偏压梯度TiAlN涂层试件平均振动强度和拉伸疲劳强度分别为370.90、377.90 MPa,前者相对于TC4基体提高了47.7%,后者几乎保持不变。结论 TiAlN涂层内部存在残余压应力,具有一定抗裂纹萌生能力,TC4钛合金表面制备偏压梯度TiAlN涂层后,两种受载类型下的疲劳裂纹源均位于涂层与基体界面处。振动受载时,涂层中梯度结构抑制了裂纹的扩展,疲劳强度提高;拉伸受载时,TiAlN涂层部分发生破碎,抑制裂纹萌生与促进裂纹扩展两种机制同时存在,疲劳强度几乎不变。     

TC4钛合金表面涂层改性:CrN素多层

目的 提高TC4钛合金的硬度和耐磨损性,改善CrN硬质涂层与TC4钛合金的适应性.方法 采用等离子体增强磁控溅射系统,通过调节热丝放电电流,在TC4钛合金基体表面沉积疏密CrN单层和素多层涂层.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、纳米压痕仪、洛氏压痕仪、摩擦磨损仪以及台阶仪,表征涂层...     

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。     

低成本TC4钛合金板材的组织和性能

研究了低成本TC4钛合金板材在变形及退火过程中组织和性能的变化规律。结果表明,板坯经轧制变形后,粗大的铸态枝晶组织被破碎,形成了等轴或长条状α+β转变组织。板材退火后,其组织更加均匀,且随着退火温度升高,板材中析出片状次生α相,初生α相的含量减少,并逐渐趋于等轴化。随变形进行,板材的室温拉伸强度和塑性呈增大趋势;退火温度升高,板材的抗拉强度先增大,至820 ℃时达到最大值,之后逐渐减小,规定塑性延伸强度和断面收缩率总体上呈下降趋势,而伸长率则变化不大。经（750～820）℃×1 h+AC退火处理后的板材,具有较好的强度与塑性的匹配。     

TC4钛合金表面沉积CrAlSiN涂层的组织与性能

为了提高TC4钛合金表面硬度和耐磨性能,通过等离子渗氮技术和多弧离子镀技术相结合的方法对TC4钛合金进行表面改性处理。通过扫描电镜、维氏显微硬度计、三维轮廓仪、高速往复摩擦磨损试验仪和电化学工作站,对比研究了TC4钛合金、渗氮层和CrAlSiN涂层的显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,经渗氮处理后,TC4合金表面渗氮层硬度提高了约2倍,在此基础上制备的CrAlSiN涂层的平均硬度高达3222 HV0.025,涂层表面存在少许大颗粒和凹坑;CrAlSiN涂层平均摩擦因数为0.22,磨损机理主要为粘着磨损,对磨副的材料粘着到涂层表面,而涂层几乎无磨损,耐磨性能显著提高。CrAlSiN涂层的自腐蚀电位为-0.542 V,比TC4钛合金基体的自腐蚀电位-0.747 V正移了0.205 V,表明在渗氮层基础上沉积CrAlSiN涂层显著提高了合金的耐电化学腐蚀性能。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的拉伸性能

用电子束焊接50 mm厚TC4-DT钛合金板,对母材、焊缝金属和焊接接头的拉伸性能进行测试,获得了母材和焊缝金属的基本拉伸性能数据,分析了电子束焊接接头显微组织对拉伸性能的影响.结果表明,电子束焊接使TC4-DT钛合金焊缝金属强度增加,塑性和韧性降低,应变硬化能力增强.焊接接头拉伸试验的断裂位置均在离焊缝边缘较远的母材上,母材为整个接头的薄弱环节.母材和焊缝金属拉伸断口均表现出延性韧窝断裂特征.与母材金属相比,焊缝金属拉伸性能的变化与电子束焊接过程中冷却速度快、在焊缝区形成了粗大β柱状晶及针状马氏体有关.     

温热条件下TC4钛合金板材超声振动辅助拉伸工艺研究

针对钛合金板材塑性变形能力差、成形温度高的问题,提出了温热条件下超声振动辅助成形方法,希望在温热环境条件下进一步提高钛合金板材的成形性能。本文通过200-600℃条件下的TC4板材超声振动辅助拉伸实验,分析了超声振动工艺参数对钛合金板材拉伸过程当中的工程应力-应变曲线、屈服强度、延伸率等性能指标的影响规律,并对拉伸试件显微组织及断口形貌进行分析。研究结果表明,温热拉伸过程施加合适的超声振动工艺参数,可以使TC4板材流动应力、屈服强度进一步降低,延伸率进一步提高,能够实现在温热条件下进一步提高成形性能的目的。     

TC4钛合金表面Cr2AlC涂层的制备及高温氧化行为

目的为提高钛合金在高温条件下的服役性能,探索Cr_2AlC MAX相涂层对TC4钛合金高温氧化行为的影响。方法采用低温反应直流磁控溅射技术再经后续退火处理的方法,在TC4钛合金基体表面制备高纯度的Cr_2AlC MAX相涂层。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和能谱仪,分析了Cr_2AlC涂层试样和TC4钛合金经750℃静态空气恒温氧化前后的相结构、组织形貌和组分,并采用分析天平测定了TC4钛合金和Cr_2AlC涂层试样在750℃静态空气中氧化后的氧化动力学曲线。结果经750℃空气中氧化10 h后,TC4钛合金表面形成厚度达13μm的疏松团絮状TiO_2和Al_2O_3混合物氧化膜。而Cr_2AlC涂层表面能够形成以α-(Al,Cr)2O3为主的致密氧化膜,可有效阻止氧元素向内扩散。Cr_2AlC涂层试样在750℃空气中氧化90 h后的氧化增重仅为无涂层TC4钛合金在750℃空气中氧化10 h后的6.6%。结论 Cr_2AlC涂层具有优异的抗高温氧化性能,能够明显提高TC4钛合金的使用温度,使其氧化增重速率大幅降低。     

DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响

为提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能,采用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源注入与磁过滤真空阴极弧(FCVA)沉积复合技术、磁控溅射技术在TC4钛合金表面制备DLC、TiN涂层。采用SEM、Raman、XRD、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的物相结构、硬度、弹性模量以及与基体的结合力进行表征。在冲蚀试验平台上考核试样在不同入射角度条件下的抗砂尘冲蚀性能。结果表明:DLC涂层表面结构致密,含有大量sp3键,硬度为62.1 GPa,弹性模量为391.64 GPa,结合力达80.4 N;TiN涂层表面存在许多熔滴颗粒及空穴,硬度为22.72 GPa,弹性模量为383.18 GPa,结合力达34.7 N。30°冲蚀条件下,涂层主要是通过提高基体表面硬度来抵抗砂尘粒子的微切削作用,从而提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能。90°冲蚀条件下,涂层通过延缓基体的塑性变形来实现TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的提高。     

基于DIC方法的TC4钛合金高温拉伸试验

通过搭建基于DIC方法的高温拉伸试验系统,结合材料力学测试技术,开展了TC4钛合金高温拉伸试验,获得了TC4钛合金在23、100、200、250、300和350℃下的拉伸性能和应力-应变曲线等数据.结果表明:TC4钛合金的抗拉强度、条件屈服强度和弹性模量随着试验温度的升高而不断降低,350℃时其保持率分别为68.9％、...     

TC4钛合金表面沉积TiCN涂层及其耐磨耐腐蚀性能研究

目的提高TC4钛合金的耐磨耐蚀性能。方法采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备了TiCN涂层。通过XRD表征了涂层的物相组成,并通过SEM表征了涂层的微观形貌。利用声发射划痕仪研究了涂层与基体的结合力,摩擦磨损试验机用于研究TiCN涂层的摩擦磨损性能。用电化学工作站在3.5%NaCl溶液中进行电化学实验。结果所沉积涂层均匀致密,无明显缺陷,涂层由外层厚度约为8μm的TiCN沉积层和其下约4μm厚的过渡层组成。TiCN涂层与TC4基体的结合强度比较高,其结合力达到66.4 N。室温条件下法向载荷相同时,TiCN涂层的磨痕宽度远小于TC4钛合金基体的磨痕宽度。TiCN涂层的比磨损率为(1～2)×10-5 mm~3/(N·m),TC4钛合金的比磨损率为(2～4)×10~(-4) mm~3/(N·m),TiCN涂层的比磨损率较TC4钛合金降低了1个数量级以上,并且对载荷的变化不敏感。TiCN涂层与TC4钛合金基体比较,具有更高的自腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度,涂层的腐蚀电流密度为1.57×10-9 A/cm~2,TC4钛合金的腐蚀电流密度为1.35×10-8 A/cm~2,涂层的腐蚀电流密度较钛合金基体小1个数量级。TiCN涂层的EIS阻抗谱容抗弧值也较大。结论双阴极等离子溅射沉积TiCN涂层可以有效提高TC4钛合金的耐磨耐腐蚀性能。     

TC4钛合金设定m值超塑性拉伸方法

根据TC4钛合金的超塑性变形机理研究成果,结合设定m值超塑性拉伸方法的设计思路,在VISUAL BASIC环境下编写出了设定m值超塑性拉伸控制程序。在完成对该程序充分调试的基础上,对TC4钛合金进行设定m值超塑性高温拉伸试验,在TC4钛合金最佳变形温度850℃的条件下,将m值分别设定为0.3、0.35、0.4、0.45进行高温拉伸试验,获得TC4钛合金延伸率δ分别为704%、762%、819%、858%,再将应变速率敏感指数m值与延伸率δ对应后生成关系曲线并进行回归分析,最终得到TC4钛合金超塑性应变速率敏感指数m值与伸长率δ的关系式。     

TC4钛合金退火工艺研究

为了降低TC4钛合金的硬度并获得良好的加工性能,对其进行了普通退火和等温退火实验,并讨论了不同热处理工艺对TC4钛合金的显微组织和力学性能的影响。实验结果表明:两种退火工艺的影响差别不大,普通退火更适合应用于实际。     

TC4钛合金电热拉伸变形行为有限元模拟

为研究拉伸速率和温度对TC4钛合金性能的影响,采用电-热-力完全耦合方法,运用林建国统一粘塑性本构模型,使用有限元分析软件ABAQUS,对不同温度和拉伸速率下的TC4钛合金电热拉伸过程进行模拟研究,并选取目标温度为750℃、拉伸速率为1 mm·min-1的这一组模拟结果与试验结果进行对比.对比结果显示:有限元模拟中通电...     

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。     

钛合金TC4的激光焊接

采用激光焊接TC4钛合金，研究了焊缝成分变化对组织转变和焊缝机械性能的影响，分析了焊缝中气孔(或空洞)形成的原因。试验结果袁明：焊缝合金成分Al、V的变化对组织转变厦焊缝机械性能影响较大．空洞由激光焊接的特点所决定。