直接激光沉积Ti6Al4V/Inconel 718复合材料微观组织与力学性能分析

Ti6Al4V和Inconel 718合金被广泛用于航空航天。但TC4或Inconel 718难以同时满足轻量化和耐高温的需求。本文采用直接激光沉积制备了不同比例Ti6Al4V / Inconel 718复合材料。分别通过X射线衍射,扫描电子显微镜和能谱仪分析相组成,微观结构和元素分布。同时,研究了显微硬度和摩擦磨损性能。研究表明：随着Inconel 718的比例增加,有Ti2Ni和Ni3Ti金属间化合物形成。Ti2Ni的形成机理为：β→α+ Ti2Ni和L→β-Ti+ Ti2Ni,且Ti2Ni金属间化合物的偏析机理为晶间偏析。随着Inconel 718含量增加,复合材料的显微硬度逐渐增加。当Inconel 718的体积分数为50％时,其平均显微硬度值为770 HV,比100％ Ti6Al4V的平均显微硬度高85.5％。显微硬度增加与Ti2Ni金属间化合物的析出强化直接相关。复合材料以磨料磨损为主,并伴随着黏着磨损。随着Inconel 718的增加,黏着磨损减弱。当Inconel 718的体积分数达到达到50％时,磨损量仅为100％ Ti6Al4V的36.9％。     

激光熔化沉积WC复合Inconel 718合金微观组织及磨损性能

目的 解决Inconel 718合金在工程应用中存在的磨损失效等问题,探究碳化钨(Tungsten Carbide,WC)对Inconel 718合金磨损性能的增强机理。方法 通过激光熔化沉积技术制备Inconel 718及WC/Inconel 718涂层,通过扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM) 和X射线衍射(X–ray diffraction,XRD)等测试手段对Inconel 718合金和WC/Inconel 718复合材料的微观组织和物相组成进行观测,探讨其微观组织演变机理;通过硬度测试和摩擦磨损测试对WC复合Inconel 718合金的硬度、摩擦磨损性能及WC复合强化机理进行研究。结果 涂层的微观组织主要由柱状晶、胞状晶和少量等轴晶组成,加入WC后复合材料的晶粒组织比Inconel 718合金的晶粒组织略微细化;Inconel 718合金主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)和Fe3Ni2等物相组成,WC/Inconel 718主要由γ–(Ni, Fe)、γ′–Ni3(Al, Ti)、AlCoCrW、CrNi15W和Cr–Ni–Fe–C等物相组成;WC的加入使Inconel 718合金的硬度略有提升,磨损率降至未添加WC时的65.3%,磨损机制以黏着磨损和磨粒磨损为主。结论 WC颗粒在Inconel 718基体中起到了强化硬质颗粒的作用,部分WC颗粒的熔化提高了合金基体的硬度,且生成的高硬度金属化合物与未熔解的球形WC颗粒在Inconel 718合金基体中起到了阻碍晶粒边界运动的钉扎效果,对提升Inconel 718合金的磨损性能有很大帮助。     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni-AlN复合涂层的组织与摩擦磨损性能

以Ti、Ni、Al N粉末混合物为原料,采用激光熔覆技术在TC4表面制备出以金属间化合物Ti_2Ni、Ti Ni、Ti_3Al为熔覆层基体,以Ti N为强化相的复合涂层,并对涂层的组织、硬度及摩擦磨损性能进行研究。结果表明,Ti、Ni成分配比对熔覆层的组织形貌、硬度和耐磨性均影响较大。当Ti含量较多时,Ti_2Ni以枝晶状大量存在;当Ni含量较多时,Ti Ni大量存在作为熔覆层基体,而Ti_2Ni以片状存在;当Ti、Ni、Al N的质量百分比为56∶34∶10时熔覆层的综合性能最优,熔覆层表层的硬度值为1000 HV,约为基体的3倍,摩擦系数为基体的1/2,耐磨性约为基体的22.3倍;复合涂层高硬度和高耐磨性的原因在于陶瓷强化相Ti N、高硬度的金属间化合物Ti_2Ni及高耐磨性的金属间化合物Ti Ni、Ti_3Al的存在。     

激光快速成形316L不锈钢/镍基合金/Ti6Al4V梯度材料

用激光快速成形法制备了致密、无裂纹的316L不锈钢(SS)/镍基合金/Ti6Al4V梯度薄壁件.EDS与XRD分析显示,在316L SS/镍基合金梯度过渡区内为单相,γ奥氏体,硬度沿316L SS到镍基合金方向逐步增加;在镍基合金/Ti6Al4V梯度过渡区内,组织变化顺序为:γ→γ β TiNi3 Ti2Ni→TiNi3 Ti2Ni β→Ti2Ni β→α β Ti2Ni→α β;过渡区内,Ti6Al4V含量为20%(质量分数)时,硬度达到最大值HV10 830,随后,随Ti6Al4V含量增加,硬度逐渐减小.     

The graded material of 316L stainless steel－Ni-based alloy－Ti6Al4V formed by laser rapid forming process

用激光快速成形法制备了致密、无裂纹的316L 不锈钢(SS)/镍基合金/Ti6Al4V梯度薄壁件. EDS与XRD分析显示, 在316L SS/镍基合金梯度过渡区内为单相$\gamma$奥氏体, 硬度沿316LSS到镍基合金方向逐步增加; 在镍基合金/Ti6Al4V梯度过渡区内,组织变化顺序为: γ→γ+β+TiNi3+Ti2Ni→TiNi3+Ti2Ni+→βTi2Ni+β→α+β+Ti2}Ni→α+β; 过渡区内, Ti6Al4V含量 为20%(质量分数)时, 硬度达到最大值HV10 830, 随后,随Ti6Al4V含量增加, 硬度逐 渐减小.     

石墨烯-Cu/Ti6Al4V复合材料的制备及力学性能

采用表面无敏化、无活化的化学镀铜法对石墨烯进行表面镀铜,并通过微波烧结法(烧结温度为1000℃)制备石墨烯(GNPs)/Ti6Al4V、石墨烯(GNPs)-Cu/Ti6Al4V复合材料,探讨石墨烯表面镀铜后对钛基复合材料显微组织和性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功镀覆一层较均匀分布的铜颗粒,石墨烯与基体Ti界面反应严重,容易生成粒径为2~5μm的TiC;石墨烯表面镀铜后,界面反应产生的TiC含量增多,同时引入了Ti_2Cu相。相比于单纯外加石墨烯,石墨烯表面镀铜后,微量铜降低了烧结温度,提高了复合材料的力学性能,其致密度、显微硬度、压缩强度分别达到96.55%、534HV_(0.1)、1602MPa,室温磨损机制由基体(Ti6Al4V)的磨粒磨损转变为GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的粘着磨损。     

Ti_2AlNb/Ti6Al4V异种钛合金脉冲激光焊接接头微观组织与性能的研究

针对Ti_2AlNb/Ti6Al4V异种金属激光焊接接头力学性能较差的问题,采用脉冲激光与光束偏移相结合的方法对Ti_2AlNb/Ti6Al4V异种金属进行焊接。试验结果表明,当光束从Ti_2AlNb侧移动到Ti6Al4V时,接头的熔化区组织由B2相转变为针状马氏体α'相,Ti6Al4V侧热影响区的完全相变区宽度明显增加,Ti_2AlNb侧热影响区微观组织变化较小。同时熔化区区域的显微硬度从300 HV左右增加到410～420 HV,接头的拉伸强度增加到1017 MPa,伸长率增加到10.5%,断裂模式从脆性模式转变为延性模式。上述结果证明,脉冲激光与光束偏移的组合方法能够使接头具有更高的冷却速度,从而在熔化区形成针状马氏体α'组织,提高了接头的力学性能。     

激光增材制造Ti6Al4V-Inconel718功能梯度材料的成分变化和微观结构演变

利用激光增材制造技术制备了Ti6Al4V/Inconel718功能梯度材料,研究了该梯度材料的成分及相组成、显微组织和显微硬度的变化。研究表明：沿组成梯度方向发生了一系列相变：α+β→α+β+Ti₂Ni→β+TiNi→γ,过渡层主要是由TiNi和Ti₂Ni以及Ti-Cr和Ti-Fe等二元相组成的混合体;沿材料底部至顶部微观组织发生了由魏氏α片层组织到细小树枝晶的转变;对沉积结构进行显微硬度测试,发现具有较高Ti₂Ni相面积分数的过渡层最硬,本研究发现最大值为823HV。     

真空热压法制备GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的组织性能

通过超声分散和球磨相结合的方法制备镀铜石墨烯增强Ti6Al4V (GNPs-Cu/Ti6Al4V)复合粉体,采用真空热压法制备了GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料.采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、万能试验机和摩擦磨损试验等研究了复合材料的相组成、微观结构、硬度、抗压强度和磨损性能.结果 表明:当GNPs的添加量为0.8 mass％时,复合材料的力学性能最好,其显微硬度和抗压强度分别为575.2 HV0.1和2169.34 MPa,与Ti6Al4V基体相比,分别提高了21％和18.1％.GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料强化机制主要有GNPs强化、Ti2Cu和TiC的第二相强化.复合材料磨损机制以磨粒磨损为主,同时伴随着粘着磨损.     

原位Al_3Ti/Al复合材料的冷喷涂制备及组织性能北大核心CSCD

以Al80/Ti20(mass%)混合粉末为原料,采用冷喷涂法在低碳钢上沉积致密的Al/Ti基复合材料,对其在不同温度下(400、450、500、550和600℃)进行热处理,获得原位Al_3Ti金属间化合物颗粒增强Al基复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及磨损试验机研究了冷喷涂Al/Ti复合材料热处理前后的微观组织形貌、相结构、硬度及磨粒磨损性能的变化规律。结果表明:冷喷涂Al/Ti复合材料的相结构与喷涂粉末相同,涂层组织致密、颗粒间为机械结合;Al/Ti复合材料在450℃热处理后其局部区域开始通过扩散反应原位形成Al_3Ti金属间化合物,而在600℃热处理后初始Ti颗粒已全部转变为Al_3Ti金属间化合物颗粒,同时,涂层内部颗粒界面间结合显著改善,从而获得原位Al_3Ti/Al复合材料。随着热处理温度升高,原位Al_3Ti/Al复合材料硬度先下降后升高,而其磨粒磨损性能则在550℃热处理后显著增加。     

原位Al_3Ti/Al复合材料的冷喷涂制备及组织性能

以Al80/Ti20(mass%)混合粉末为原料,采用冷喷涂法在低碳钢上沉积致密的Al/Ti基复合材料,对其在不同温度下(400、450、500、550和600℃)进行热处理,获得原位Al_3Ti金属间化合物颗粒增强Al基复合材料。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及磨损试验机研究了冷喷涂Al/Ti复合材料热处理前后的微观组织形貌、相结构、硬度及磨粒磨损性能的变化规律。结果表明:冷喷涂Al/Ti复合材料的相结构与喷涂粉末相同,涂层组织致密、颗粒间为机械结合;Al/Ti复合材料在450℃热处理后其局部区域开始通过扩散反应原位形成Al_3Ti金属间化合物,而在600℃热处理后初始Ti颗粒已全部转变为Al_3Ti金属间化合物颗粒,同时,涂层内部颗粒界面间结合显著改善,从而获得原位Al_3Ti/Al复合材料。随着热处理温度升高,原位Al_3Ti/Al复合材料硬度先下降后升高,而其磨粒磨损性能则在550℃热处理后显著增加。     

冷变形促渗低温等离子渗氮对Ti6Al4V合金力学性能和显微组织的影响（英文）

针对Ti6Al4V合金低温渗氮的问题,设计了一种渗氮工艺,研究了该工艺对Ti6Al4V合金组织和力学性能的影响。通过变形增强渗氮动力,使渗氮可以在较低温度(500°C)下实现,氮化与Ti6Al4V合金基体的弥散强化同时进行。实验过程为固溶强化→室温下冷轧变形→500°C低温渗氮。结果表明,在渗氮一段时间后,试样表面形成了白亮的氮化层并且趋于稳定,变形量和变形时间对氮化层的影响不明显。试样基体组织时效效果明显,表面硬度与基体组织硬度随变形量增加而增加。经XRD物相分析,试样表面生成的氮化物为Ti N、Ti_2N、Ti_4N_(3-X)和Ti_3N_(1.29),横截面氮化物为Ti_3N_(1.29)和Ti N_(0.3)。对经过变形、渗氮和时效等工艺的试样进行摩擦磨损实验,渗氮试样的耐磨性最好。     

Ti6Al4V合金渗镀Cr-Mo表面改性层组织结构及其耐磨特性研究

采用双层辉光离子渗技术在Ti6Al4V合金表面进行多元合金化,形成均匀致密的Cr-Mo合金渗层.通过GDOES、XRD等手段标定表层成分和相结构,借助显微硬度计和球盘磨损仪测试合金渗层的性能.结果表明:合金渗层中合金化元素Cr与Mo呈梯度分布,主要由化合物Cr_(1.93)Ti_(1.07)、Cr_2Ti、Cr_2Ti_4O_(11)等相构成;改性的Ti6Al4V合金表面硬度有较大程度的提高,抗磨损性能明显改善.     

TiC添加量对高能激光熔覆Inconel718基陶瓷涂层显微组织和摩擦磨损性能的影响

目的 针对Inconel718镍基高温合金耐磨性不足的问题,制备小尺度TiC增强Inconel718镍基高温合金耐磨复合材料,提升其硬度及耐磨性.方法 利用4000 W高能激光束快速熔融制备TiC/Inconel718基陶瓷复合涂层,并针对TiC质量分数分别为5％、15％、25％的复合涂层,依次进行物相成分、显微组织、压痕硬度、摩擦磨损性能等方面的分析.结果 随着TiC含量的增加,γ-(Ni,Cr,Fe)基体上析出的TiC小尺度颗粒逐渐增多,显微组织明显细化,TiC晶界处偏聚了大量Nb、Mo元素,并与Ti元素置换生成了铌、钼类碳化物.同时,(Nb,Ti)C复合型碳化物和Laves相的析出,进一步提升了复合涂层的显微硬度,由297 HV0.2逐步提升至408 HV0.2,摩擦系数从0.3402降低至0.2628,磨损率从35.15×10–4 g/(N·m)减少至5.96×10–4 g/(N·m),磨损机制由严重的粘着磨损转变为以磨粒磨损和氧化磨损为主.结论 通过高能激光熔覆制备小尺度TiC增强体颗粒,可细化复合涂层的显微组织,其显微硬度随TiC含量的增加而相应提高.在磨损试验过程中,TiC/Inconel718陶瓷复合涂层表现出良好的减摩和耐磨性能.     

热喷涂巴氏合金中间层瞬间液相连接Ti-6Al-4V和Al 2024合金（英文）

研究热喷涂辅助瞬间液相(TLP)扩散连接Ti-6Al-4V和Al 2024合金,在铝基体上热喷涂80μm厚的巴氏合金作为中间层。热喷涂会产生粗糙清洁的表面,使得接头强度更高。采用的优化参数为:连接温度580°C,保温时间30和60min。显微组织观察和XRD衍射谱证明在Al焊缝处形成Al_2Cu、Al_2Cu Mg、Cu_3Ti、Ti Al_3、Ti Al和Mg2_Sn金属间化合物。另一方面,在Ti合金一侧形成Ti_3Al、Sn_3Ti_5和Ti_3Sn金属间化合物。随着连接时间从30 min增加到60 min,尽管巴氏合金中间层没有被完全消耗,但是其剩余厚度下降到大约15μm。研究表明,在60 min较长连接时间下,接头的剪切强度达到57 MPa的较高值。     

钼与Ti-6Al-4V钛合金的真空钎焊界面组织研究

采用Ti-28Cu-12Ni钎料对钼和Ti-6Al-4V钛合金进行了真空钎焊工艺研究,主要研究钎焊工艺参数的变化对钎缝微观组织与成分分布的影响。试验结果表明,在保温时间(3 min)不变的情况下钎缝宽度随着温度(940,960,980℃)的升高而变窄;在钎焊温度(960℃)不变时,钎缝反应层的厚度随着保温时间的延长而增加。结合微观组织和能谱分析可知,Ti元素易于和钎料中的Cu,Ni反应生成Ti_2Cu,Ti Cu和Ti_2Ni等脆性金属间化合物,从而提高钎焊接头的显微硬度。     

钛合金表面辉光离子渗铝耐蚀性

利用双层辉光离子渗金属技术,在钛合金(Ti6Al4V)表面渗AI,形成均匀的钛铝合金扩散层.用显微硬度仪测量渗层的显微硬度,用SEM、XRD分析渗层的截面形貌和相结构,并在0.5 mol/L H2SO4溶液和3.5%NaCl溶液中测试极化曲线方法.结果表明:经950℃,保温5 h后Ti6Al4V合金基材表面形成厚度约为20 ìm的钛铝合金扩散层,扩散层由金属间化合物Ti3Al和TiAl组成;合金表面显微硬度值达到8100 MPa;钛合金表面的耐蚀性能提高.     

石墨烯/Inconel 718复合材料的力学性能和摩擦磨损行为（英文）

采用选择性激光熔化法制备石墨烯/Inconel718复合材料,并评价其力学性能和摩擦磨损性能。采用XRD、SEM和拉曼光谱技术对复合材料的显微组织进行表征。结果表明,采用选择性激光熔化法制备石墨烯/Inconel 718复合材料是合理可行的,添加石墨烯纳米片对Inconel 718合金不仅产生了显著的强化效果,而且改善了摩擦学性能。1.0%石墨烯/Inconel718复合材料(质量分数)的屈服强度和抗拉强度比未添加石墨烯纳米片的Inconel 718合金分别提高了42%和53%,而其摩擦因数和磨损率分别降低了22.4%和66.8%。石墨烯纳米片增强Inconel718合金的硬度增加以及在磨损表面形成的石墨烯纳米片保护层是导致摩擦因数和磨损率降低的直接原因。     

Ti-6Al-4V合金激光表面合金化制备Ti_5Si_3/Ti耐磨复合材料涂层研究

利用预涂 Si粉对 Ti- 6Al- 4V合金进行激光表面合金化 ,制得以初生及共晶金属间化合物 Ti5Si3为增强相的快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层 ,研究了激光表面合金化 Ti5Si3/β- Ti耐磨复合材料表面改性层的显微组织及其在干滑动磨损及二体磨料磨损条件下的耐磨性能。结果表明 :利用 Si粉对 Ti- 6Al- 4V合金进行激光表面合金化处理后 ,合金层硬度及耐磨性大幅度提高。     

L-PBF Ti6Al4V的表面氮化处理及腐蚀磨损性能研究

目的 钛合金的耐蚀性能好,但耐磨损性能较差,大大限制了钛合金在许多工业及医学领域的应用。通过对L-PBFTi6Al4V和轧制态Ti6Al4V合金在高纯氮气环境下进行氮化处理,探究氮化处理温度和原始组织差异对氮化处理结果及耐腐蚀磨损性能的影响。根据实验结果讨论不同氮化处理工艺下Ti6Al4V合金的组织演变,以及组织与腐蚀磨损的关系。方法 对轧制Ti6Al4V和L-PBF Ti6Al4V分别进行不同温度下的气体氮化处理,通过显微组织分析、力学性能测试、SEM、CLSM、腐蚀磨损测试等方法系统地研究氮化处理工艺对其耐腐蚀磨损性能的影响。结果 随着温度的升高,氮化物层和扩散层的厚度逐渐增加,氮化物主要由Ti N和Ti2N组成。经氮化处理后,L-PBF Ti6Al4V和轧制态Ti6Al4V合金的氮化物层厚度分别达到10.2、8.23μm,显微硬度分别达到1 251HV0.2、1 290HV0.2。合金的腐蚀磨损性能得到大幅提高,磨损与腐蚀之间的协同作用加速了材料的损失。未处理的Ti6Al4V合金的磨损类型以磨粒磨损为主,而经氮化处理后合金的磨损机制变为磨粒磨损与黏着磨损的组合。结论 轧制态Ti6...