Ti6Al4V合金激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC复合层的组织与摩擦学性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,以NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷粉末为涂覆材料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备以TiC为增强相、γ-NiCrAlTi固溶体为增韧相的熔覆层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）分析了熔覆层的物相组成及显微组织,测试了熔覆层沿层深方向的硬度分布,分别在室温（24℃）,300,600℃测试了熔覆层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能。结果表明:熔覆层的平均硬度约1 100HV_{2 N},约为基体的3倍;室温时,由于高硬度增强相TiC和增韧相γ-NiCrAlTi固溶体的综合效应,激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC复合层的摩擦系数和磨损率比Ti6Al4V合金基体的显著降低,熔覆层具有较好的耐磨减摩性能,磨损机理主要为黏着磨损;300,600℃时,熔覆层被氧化,耐磨性减弱,磨损机理主要为黏着磨损和塑性变形。     

Ti6Al4V合金表面耐磨涂层的研究进展

评述了Ti6Al4V合金表面耐磨涂层的最新研究进展，特别对新的微弧氧化陶瓷涂层予以关注，并由此提出了深入研究的方向。     

激光熔覆NiCr/Cr_3C_2-WS_2自润滑耐磨涂层的高温摩擦学行为EI北大核心CSCD

利用激光熔覆技术在0Cr18Ni9不锈钢基体上制备NiCr/Cr3C2耐磨涂层与NiCr/Cr3C2-30%WS2耐磨自润滑涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了涂层的物相组成及显微组织。在室温、300℃和600℃下分别测试了上述涂层的干滑动摩擦学性能,并讨论其磨损机理。实验结果表明:添加WS2的熔覆涂层主要有Cr7C3、(Cr,W)C碳化物增强相、γ-(Fe,Ni)/Cr7C3共晶增韧相、WS2及CrS润滑相。两种涂层都随温度的升高,摩擦因数降低,而磨损率增大。在室温及300℃时,添加WS2涂层由于润滑相的作用拥有较好的减摩耐磨性能。在600℃时,由于涂层中碳化物硬质相的强度降低,两种涂层的磨损率显著增大。     

激光熔覆NiCr/Cr3C2-WS2自润滑耐磨涂层的高温摩擦学行为

利用激光熔覆技术在0Cr18Ni9不锈钢基体上制备NiCr/Cr3C2耐磨涂层与NiCr/Cr3C2-30%WS2耐磨自润滑涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了涂层的物相组成及显微组织。在室温、300℃和600℃下分别测试了上述涂层的干滑动摩擦学性能,并讨论其磨损机理。实验结果表明:添加WS2的熔覆涂层主要有Cr7C3、(Cr,W)C碳化物增强相、γ-(Fe,Ni)/Cr7C3共晶增韧相、WS2及CrS润滑相。两种涂层都随温度的升高,摩擦因数降低,而磨损率增大。在室温及300℃时,添加WS2涂层由于润滑相的作用拥有较好的减摩耐磨性能。在600℃时,由于涂层中碳化物硬质相的强度降低,两种涂层的磨损率显著增大。     

Ti6Al4V合金激光原位制备TiN枝晶增强梯度复合表面层

利用连续波2kW Nd-YAG激光在Ti6Al4V合金表面原位制备TiN枝晶增强梯度金属基复合材料表面层，并研究了该表面层的显微组织和磨损性能。结果表明：该表面层沿激光熔化深度具有明显的梯度结构，表面层与Ti6Al4V基体之间呈现良好的冶金结合，Ti6Al4V的表面硬度及耐磨性得到了显著增强．     

选区激光熔化Ti6Al4V合金的各向异性

采用金相分析和拉伸测试等方法,分析了激光熔化成形Ti6Al4V试样在不同沉积高度、不同方向截面的组织和性能。结果表明,平行于沉积方向的截面其组织类似柱状晶,具有较弱的织构特征;垂直于沉积方向的截面其组织为块状结构,具有较强的织构特征。选区激光熔化成形Ti6Al4V合金在沉积高度方向上的力学性能受柱状晶尺寸的影响,随着沉积高度的增大其抗拉强度和屈服强度先降低后升高而延伸率先提高后降低。织构和熔合不良等缺陷,使试样垂直于沉积方向上的强度和塑性都比平行于沉积方向的试样高。     

Al(Ni)含量对钛合金激光熔覆AlNiMoSi复合涂层摩擦学性能的影响

研究含Al、Si元素涂层的摩擦学性能可为其应用提供重要的理论参考。以Al、Ni、Mo、Si粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备了Al质量分数分别为20%(Ni的为40%),30%(Ni的为30%),40%(Ni的为20%)的AlNiMoSi复合涂层,分别命名为20Al、30Al、40Al复合涂层。采用XRD、SEM和EDS分析了涂层的物相和显微组织,并测试了复合涂层的干滑动磨损性能。结果表明:20Al、30Al和40Al复合涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.380,0.258,0.325和9.36×10~(-5),8.43×10~(-5),1.05×10~(-4)mm~3/(N·m),30Al复合涂层的磨损性能最好,主要是因为该涂层中TiC和Ti3Al含量较高;20Al和40Al复合涂层的磨损机理主要为黏着磨损和磨粒磨损,30Al复合涂层的磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。     

激光冲击处理对Ti6Al4V力学性能的影响

通过对钛合金Ti6Al4V的激光冲击处理,研究了激光冲击处理工艺对钛合金Ti6Al4V力学性能的影响.实验表明:激光冲击处理能有效提升Ti6Al4V的力学性能,在激光功率密度由1.15GW/cm2增加到2.31GW/cm2过程中,其冲击波峰值压力线性增加,表面最大残余压应力也相应增大,最高达-264MPa,表面硬化层的显微硬度高达510Hv,硬化层深度约为0.25mm,经过激光冲击处理后硬度相对于原始钛板提高了64%,随着激光能量的增加,冲击区域的抗拉强度极大增强,塑性降低.     

304不锈钢激光原位合成自润滑涂层的宽温域摩擦学性能

由于304不锈钢在中、高温下摩擦学性能较差,制约了其在重要摩擦运动副零部件上的应用。为改善304不锈钢的摩擦学性能,以Ni60粉末为增韧相,WS2为合成润滑相的前驱化合物,TiC为高硬度耐磨相,采用高能激光束在其表面原位合成自润滑耐磨复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机和探针式材料表面磨痕测量仪表征涂层和基体的物相、微观结构、显微硬度与表面形貌,并系统研究涂层和基体在20,300,600,800℃下的摩擦学性能及其磨损机理。结果表明:涂层主要由Cr0.19Fe0.7Ni0.11,Ti2SC,Fe2C,Cr7C3,CrS和WS2组成;涂层的平均显微硬度(302.0HV0.5)略高于基体(257.2HV0.5),但涂层上部区域的硬度(425.4HV0.5)约为基体的1.65倍;涂层在所有等温摩擦学实验中摩擦因数和磨损率均低于基体,300℃时涂层润滑效果最好,摩擦因数为0.3031,600℃时涂层耐磨效果最好,磨损率为9.699×10^-5 mm^3·N^-1·m^-1。     

Ti6Al4V高速干滑动摩擦磨损特性研究

对Ti6Al4V合金在高速干滑动摩擦条件下进行了系统的磨损性能测试,研究了载荷和速度对Ti6Al4V合金的摩擦磨损机制的影响,对Ti6Al4V合金的磨损表面、纵剖面进行了显微分析及X-衍射分析,实验结果表明,Ti6Al4V合金的磨损率和摩擦表面温度随着载荷和速度的升高而增加,摩擦表面的温度最高达到1044℃,磨损表面出现"蘑菇头"的磨损现象,表面出现裂纹及剥落坑,表层及次表层出现裂纹,组织变得粗大,磨损纵剖面析出Ti3O,Ti6O,VO0.53,VN等化合物.     

钛合金表面激光熔覆Ni基梯度涂层的研究

为了改善Ti6Al4V钛合金表面耐磨性能和抗高温氧化性能,采用CO2激光在Ti6Al4V钛合金表面进行激光熔覆Ni基梯度涂层试验.利用扫描电镜和显微硬度计等手段分析了熔覆层组织,测试了基体和熔覆层的显微硬度.结果表明,采用适当的工艺参数,可以在钛合金表面获得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层.熔覆层组织由树枝晶和晶间共晶组织构成,并与基体形成牢固的冶金结合.由基体到表面,显微硬度过渡平稳,呈明显梯度渐变特征.     

Ti6Al4V表面纹理制备及其润湿性

采用激光加工技术在Ti6Al4V表面分别加工直线、网格和具有规则点阵状结构的表面纹理,采用自组装技术制备自组装分子膜。采用扫描电镜、形貌分析仪和接触角测量仪对成膜后的钛合金表面进行形貌和接触角的表征与测量。结果表明,通过激光加工和沉积自组装分子膜,可显著增大Ti6Al4V的水接触角。其中直线纹理的试样表面水接触角可达124.8°,网格纹理的试样表面接触角可达126.1°,点阵状纹理的试样表面接触角可达151.6°。表面接触角与表面粗糙度相关,随着表面粗糙度值的增大,接触角呈增大趋势,当表面粗糙度>4μm时,接触角均>150°,形成超疏水表面。     

置氢Ti6Al4V合金的微观组织演变规律

为研究置氢Ti6Al4V合金的高温加工改性机理,从微观组织的角度对合金进行了对比分析.利用OM、SEM、XRD等研究了置氢对Ti6Al4V合金变形前后微观组织演变的影响.研究结果表明:氢的加入不仅使置氢Ti6Al4V合金中β相比例明显增大,而且改变了α相与β相之间的电势差,在氢含量为0.3%~0.5%两相颜色将发生互换,氢含量增加到0.50%以上时,合金中将出现面心立方结构的δ氢化物;随氢含量的增加,合金超塑拉伸变形后的组织由α+β两相等轴晶粒变为粗大的β晶粒,造成α与β界面的协调能力下降,并改变了合金的变形机制.     

Ti6Al4V表面激光熔覆纯Cr粉热力学分析

为研究在激光作用下元素之间的扩散及作用机理,采用激光熔覆方法在Ti6Al4V表面熔覆纯Cr粉,利用热力学相图分析软件Thermo-Calc对Cr-Ti-Al-V四元体系进行平衡相图计算分析,利用DICTRA软件模拟合金体系的元素在Ti6Al4V基体中扩散分布情况。X射线衍射图谱表明熔覆层主要由α-Ti、Laves相Cr2Ti及亚稳态Cr1.97Ti1.07组成;扫描电镜实验结果显示熔覆层主要由片状、树枝状及细小针状组织组成。熔覆层元素体系中主要为Cr、Ti元素在不断相互扩散,Al元素扩散缓慢,V含量基本没有变化,整个体系中主要参与反应的是Cr与Ti元素。     

Investigation on high temperature compression behaviour of hydrogenated Ti6Al4V alloy

Abstract

Isothermal compression of hydrogenated Ti6Al4V alloy was carried out on a Gleeble-1500D simulation tester at the strain rate 3×10^?3 s^?1 and high temperatures. Before the isothermal compression, a simplified thermohydrogen processing (THP) was used for Ti6Al4V. Attention was paid to the effect of THP on subsequent compression behaviour. The results show that hydrogen can effectively lower the flow stress and deformation temperature and enhance the strain rate sensitivity index (m value) for isothermal compression. The increasing amount of β phase and the ultrafine and equiaxial microstructure precipitated between the original α or β laths are the main reasons for the simplified THP to improve the formability of Ti6Al4V.     

置氢对Ti6Al4V合金室温组织的影响

通过在钛合金中引入临时元素氢,可以改变钛合金的相组成,进而改变钛合金的力学性能和加工性能.利用OP、XRD和TEM研究了固态置氢后Ti6Al4V合金的微观组织变化.研究表明:随氢含量的增加,合金中的β相含量增加,在置氢0.302%及0.490%(质量分数)的试样中发现面心立方(fcc)的氢化物δ,及大量的斜方结构的马氏体α",未发现亚稳态的氢化物γ.提出了一种基于扩散的由βH共析转变生成α及fcc结构的片状氢化物δ的机制,并指出氢的引入可能诱发马氏体转变.     

Ti6Al4V基体及其改性试样的冲击磨损行为分析

在Ti6Al4V合金基表面制备了N+注入与氮化层、TiN膜及DLC膜,进行小载荷反复冲击,分析不同冲击周次下磨痕形貌及磨坑深度,比较磨损性能。结果表明疲劳磨损是反复冲击条件下实验试样的共同失效机制,主要表现为疲劳剥落。改性后试样的抗冲击磨损能力较基体材料均有提高,其中N+注入与氮化的"长程强化效应"使试样在较高冲击周次保持良好的抗磨性能;晶态结构TiN膜层由于较高的表层硬度,提高了试样的耐磨性,尤其是较低的冲击周次下;DLC膜的特殊非晶态结构,使其在整个冲击过程中具有小的磨损深度,高的失效周次。