激光熔覆Y_2O_3-TiB增强钛基涂层摩擦磨损性能研究

采用激光熔覆快速非平衡合成法制备了原位反应合成Y_2O_3-TiB增强钛基复合材料。采用Y_2O_3、Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制得Y_2O_3-TiB/Ti复合涂层。采用形貌观察、硬度和摩擦磨损测试等方法研究了复合涂层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的硬度为基体材料的2~3倍,添加1%Y_2O_3的激光熔覆涂层硬度和摩擦磨损性较好。     

钛合金表面激光熔覆复合涂层的显微组织与性能

以Ti和B的混合粉末为原料,采用激光熔覆方法在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备了TiB/Ti复合涂层。采用XRD、扫描电镜、硬度测试和摩擦磨损分析等方法研究了不同激光功率参数下制备的TiB/Ti复合涂层的物相结构、显微组织、硬度和耐磨性能。结果表明:涂层的物相组成主要为Ti和TiB两相;扫描功率为3000 W和3500 W下激光熔覆层的组织较均匀;扫描功率为2500 W和3500 W制备的涂层硬度值约为基体硬度的2～3倍;扫描功率为3000 W下的熔覆涂层硬度相对较高,其平均硬度值约为1199.6 HV0.2,约为基体硬度的3～4倍,其摩擦系数大约为0.32,磨损率明显低于基体,约为基体的14.8%。     

铝合金表面激光熔覆原位自生TiB颗粒增强耐磨涂层的研究

在铝合金LY12表面激光表面熔覆原位自生TiB颗粒增强耐磨涂层.采用SEM、TEM和XRD对涂层的显微组织和物相组成进行观察分析.激光熔覆Al-Ti-Fe-B复合涂层相组成为α-Al,Tib,Al3Ti以及Al3Fe.熔覆涂层的显微硬度随着涂层中TiB含量的增加而明显增加,涂层最高硬度可达900HV0.2.磨损试验结果显示,熔覆涂层的磨损失重随TiB含量的增加而减少.通过对试样的磨损形貌观察,对比分析了涂层与基体铝合金的磨损机理.     

铝合金表面激光熔覆原位自生TiB颗粒增强耐磨涂层的研究

在铝合金LY12表面激光表面熔覆原位自生TiB颗粒增强耐磨涂层。采用SEM、TEM和XRD对涂层的显微组织和物相组成进行观察分析。激光熔覆Al-Ti—Fe-B复合涂层相组成为α-Al，TiB，Al3Ti以及Al3Fe。熔覆涂层的显微硬度随着涂层中TiB含量的增加而明显增加，涂层最高硬度可达900HV0．2。磨损试验结果显示，熔覆涂层的磨损失重随TiB含量的增加而减少。通过对试样的磨损形貌观察，对比分析了涂层与基体铝合金的磨损机理。     

扫描速度对激光熔覆钛合金复合涂层显微组织的影响

通过选择合适的激光扫描速度,提高钛合金表面激光熔覆层的质量。在Nd:YAG激光器上采用不同的扫描速度进行熔覆实验,在Ti-6A1-4V合金表面预置Ti和B混合粉末,制备出原位自生的TiB金属陶瓷复合涂层,并对其进行XRD物相分析、显微组织观察及显微硬度分析。涂层主要是由Ti和TiB物相组成,钛合金基体呈现枝晶状或鱼骨状形貌,TiB以胞晶或颗粒状分布在呈枝晶状的Ti周围。随着扫描速度的增加,涂层的硬度也越来越高,但熔覆层深度降低。在不同扫描速度下,熔覆层均与基体呈现良好的冶金结合。存在着增强相的弥散强化作用,熔覆层的硬度得到提高。     

激光功率对TiB增强钛基涂层显微组织结构的影响

采用Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备TiB/Ti复合涂层。通过XRD物相分析、形貌观察和硬度测试等方法研究了激光扫描速度2 mm/s时不同激光扫描功率下原位合成的TiB/Ti复合涂层的相结构、显微结构和硬度。不同功率下制备的涂层中只有α-Ti和TiB相;扫描功率为3000 W和3500 W下激光熔覆层与基体结合较好;随着激光扫描功率的增加,熔覆层的平均硬度提高;扫描功率为3000 W下制备的涂层硬度分布较均匀,其硬度值较基体提高了2~3倍,平均硬度值约为1000 HV。     

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。     

TiB2含量对TiBx/Ti合金涂层组织及摩擦学性能的影响

目的 在Ti-47Zr-5Al-3V(以下简称T47Z)表面制备TiBx/Ti合金复合涂层,以提高合金的摩擦学性能。方法 采用等离子弧熔覆技术在T47Z合金表面熔覆不同配比的(TiB2+Ti)粉末,制备TiBx陶瓷相增强钛合金复合涂层,使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度显微计和UMT-2摩擦磨损试验机对涂层微观组织、硬度及摩擦磨损性能进行测试研究。结果 涂层厚度约2 mm,无裂纹、气孔等缺陷,涂层的基体组织为α相,针状、棒状的TiB增强相和颗粒状的TiB2增强相均匀分布于α相中。随着TiB2含量的增加,涂层基体组织无明显变化,增强相的数量增加,尺寸逐渐变大。涂层的表面硬度最高可达893.4HV0.2,约为基体的2.07倍。涂层的耐磨性相较基体均获得不同程度的提升,当TiB2的质量分数为40%时,涂层的耐磨性提升最为显著,相较基体提高了53.7%。T47Z合金的磨损机理为严重的黏着磨损和磨粒磨损。TiB2的质量分数为10%的涂层,其磨损机理以黏着磨损为主,磨粒磨损为辅。随着TiB2含量的增加,涂层的磨损机制逐渐转向磨粒磨损。结论 通过控制粉体中TiB2的含量,能够利用等离子弧熔覆技术在钛合金表面制备TiBx/Ti合金复合涂层,尤其当TiB2的质量分数为40%时,涂层的硬度及耐磨性能均获得大幅度提升。因此,运用等离子熔覆技术制备陶瓷相增强金属基复合涂层可切实有效地提高钛合金的硬度及耐磨性能。     

钛合金表面等离子弧熔覆原位自生镍基耐磨涂层的制备及微观结构表征

目的 在钛合金表面制备陶瓷相增强复合耐磨涂层。方法 采用等离子弧熔覆技术,在Ti6Al4V钛合金表面制备了原位自生TiB2、TiC、CrB陶瓷相增强镍基耐磨涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪检测了涂层的物相组成、组织组织以及微区化学成分,采用显微硬度计测试了涂层的硬度。结果 涂层靠近熔合线区域由Ni-Ti树枝晶及枝晶间的共晶组成,在涂层的中上部,大量原位增强相分布于镍基固溶体基体之中。在熔覆过程中,钛合金基材中的Ti元素同熔覆粉末中的B、C元素发生原位冶金反应形成TiB2、TiC增强相,CrB增强相为Ni基熔覆粉末中Cr、B元素反应形成,增强相的形态由各自的晶体结构及熔池凝固热力学与动力学条件决定。涂层的显微硬度得到显著提高,最高达1037HV0.2。结论 采用等离子弧熔覆技术,利用熔池内Ni-Cr-Ti-B-C合金体系的原位冶金反应,可以在钛合金表面制备原位自生TiB2、TiC、CrB增强镍基复合耐磨涂层。同Ti6Al4V基材相比,由于涂层具有大量增强相分布于镍基固溶体的组织特征,其显微硬度得到了显著提高。     

激光原位制备硼化钛与镍钛合金增强钛基复合涂层

北京工业大学材料学院的前期研究表明，通过在TC4钛合金表面直接采用激光原位熔覆TiB，粉末能够制备出具有TiB2颗粒和TiB短纤维梯度分布的涂层。据此，该学院试图采用纯Ni与TiB2粉末作为熔覆材料，运用激光熔覆原位技术在TC4钛合金表面制备出以高硬度TiB2和TiB为增强相，以高韧性NiTi和Ti为基体的复合涂层。     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

Microstructure and formation mechanism of titanium matrix composites coating on Ti-6Al-4V by laser cladding

Laser cladding experiments were done on a 5-kW continuous wave CO2 laser to synthesize TiC and TiB rein- fowed titanium matrix composite coatings on Ti-6AI-4V alloy with a mixture of Ti and B4C precursor powder. The ther- modynamics of the reactions were calculated and analyzed. The microstructure and phase evolution of TiB and TiC com- posites were investigated. The results showed that the chemical reaction between Ti and B4C would release much heat, and these compounds, TiC, TiB, and small amount of TiB2, can be formed on the surface of Ti-6AI-4V alloy if the supplied en- ergy is sufficient to excite the reaction among the initial products. A good metallurgical bond between the coating and the substrate can be achieved. The microhardness of coating was irregular and the maximum value was approximately HV600.     

激光熔敷NiTi/Ni3Ti金属间化合物复合材料涂层组织及耐磨性

以Ni79Ti21（wt％）合金粉末为原料,采用同步送粉激光熔敷技术在BT20钛合金表面制备出NiTi／Ni3Ti金属间化合物复合材料涂层,分析了该涂层的显微组织,测试了该涂层的室温干滑动磨损性能。结果表明,激光熔敷涂层组织均匀致密,与基材呈良好的冶金结合,具有优良的抗滑动磨损性能。     

激光熔覆NiCoCrAlY/HfB2复合涂层结构及高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCoCrAlY/HfB2复合涂层。用XRD和SEM分析了涂层的组成和组织结构,在SRV-IV微动摩擦磨损试验机上对涂层不同温度下的摩擦磨损性能进行对比测试,采用SEM和三维表面轮廓仪对磨损后试样、对偶球和磨屑的形貌进行了分析。结果表明:NiCoCrAlY/HfB2复合涂层主要组成为NiTi、HfB2、TiB2、Co3Ti、CrTi4和Hf3Ni7相,复合涂层与基材冶金结合,涂层晶体结构主要为块状晶。涂层的平均显微硬度约为850HV0.2,是基材硬度的4.25倍。在20℃、100℃、300℃和500℃摩擦测试温度下涂层的摩擦因数和磨损率随温度的升高而减小,复合涂层的磨损率在10-4～10-5 mm3/Nm数量级,具有较好的高温耐磨性能,涂层的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。     

Microstructure and properties of WC reinforced Ni-based composite coatings with Y2O3 addition on titanium alloy by laser cladding

ABSTRACT

In this study, WC reinforced Ni-based composite coatings with Y₂O₃ addition were deposited on Ti-6Al-4V titanium substrate by laser cladding. The phases, microstructure, microhardness and wear resistance of the composite coatings were studied by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, microhardness tester and wear tester. The results showed that good metallurgical bonding was achieved between the composite coatings and substrate. The phases mainly were γ-Ni, TiC, TiB₂, Ni₃B, M₂₃C₆ and WC. Most of the WC was dissolved in small pieces of WC during the laser cladding process. The microhardness of the composite coatings was about 3 times that of the titanium substrate and the wear resistance of the composite coatings had a significant increase.     

激光熔覆NiCrBSi/Ag复合涂层 结构及空间摩擦学性能

目的 提高钛及钛合金的空间摩擦学性能,拓展钛及钛合金在空间技术领域的应用范围。方法 用激光熔覆技术在纯钛基材表面制备了NiCrBSi/Ag复合涂层。用X-射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析涂层的物相组成、显微组织结构和晶体结构。用空间摩擦学实验系统对NiCrBSi/Ag复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能进行系统的研究。采用扫描电镜和能量色散光谱仪对摩擦测试后NiCrBSi/Ag复合涂层的磨痕形貌和对偶不锈钢钢球的磨痕形貌及元素面分布进行分析。深入探讨NiCrBSi/Ag复合涂层在三种模拟空间环境及大气环境下的磨损机理。结果 在纯钛基材表面通过激光熔覆制备的NiCrBSi/Ag复合涂层主要物相组成为NiTi、Ni3Ti、Cr2Ni3、Cr3Si、TiB2、Cr-Ni-Ti-Fe、Ag相,显微结构主要为等轴晶和枝状晶组织。复合涂层具有较高的显微硬度,涂层截面平均显微硬度约为830HV0.2,约是钛基材硬度的4.4倍。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的摩擦系数和磨损率均小于大气环境下的值。在三种模拟空间环境下,相对于纯钛基材,复合涂层的磨损率约小2个数量级。复合涂层在真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损,在大气环境下的磨损机理主要为磨粒磨损。结论 NiCrBSi/Ag复合涂层可以显著提高纯钛基材在真空、原子氧和紫外辐照三种模拟空间环境以及大气环境下的摩擦学性能。     

电磁复合场协同激光熔覆制备TiBw/Ti网状结构复合涂层

目的利用电磁复合场(EMCF)辅助激光熔覆制备TiB_w/Ti网状结构复合涂层,探索电磁场对涂层组织结构的影响。方法以TiB_2∶Ti=1∶1(摩尔比)的混合粉末为熔覆材料,TC4作为基板材料,通过外加电磁复合场进行激光熔覆试验。通过扫描电子显微镜(SEM)观察洛伦兹力方向对熔覆层组织结构的影响,利用X射线衍射仪(XRD)和维氏显微硬度计分析施加电磁复合场前后熔覆层的相组成和硬度分布。结果未施加电磁复合场的熔覆层组织主要为细针状、粗棒状和颗粒状组织。而施加电磁复合场后,熔覆层出现了网状结构,而且方向向下的洛伦兹力可使涂层内部形成空间间距更大的网状结构。此外,单独施加稳态磁场后,熔覆层只出现细针状和粗棒状组织。电磁复合场施加前后熔覆层硬度与基体相比,均有很大的提高。但未施加电磁复合场的熔覆层硬度变化幅度较大;施加电磁复合场后,随着距熔覆层表面距离的增加,硬度的变化幅度比较平缓。结论在洛伦兹力作用下,可得到TiB_w/Ti网状结构的复合涂层,电磁复合场使TiB_w/Ti网状结构强化相均匀分布,同时提高涂层的显微硬度。     

开放环境下激光内送粉熔覆TC4钛合金的氧化行为

目的研究开放环境下激光熔覆TC4钛合金的氧化行为。方法采用激光内送粉熔覆技术制备了不同氩气流量下的TC4钛合金熔覆涂层,通过SEM、EDS和XRD分析了不同氩气流量下涂层氧化层的表面和横截面微观形貌、微观组织、元素分布和物相组成,通过维氏硬度计分析涂层的显微硬度。结果随着氩气流量的减小,涂层表面颜色逐渐变深,由银白色依次变成黄色、蓝色、深灰色。XRD分析表明,颜色的变化与有色氧化物有关,黄色氧化层主要为黄色TiO,蓝色氧化层主要为蓝色Ti2O3,深灰色氧化层主要为白色TiO2,呈现深灰色与厚的氧化层结构有关。无氩气保护下的涂层表面粗糙,氧化层为厚而疏松多孔结构,与涂层存在缝隙;有氩气保护且随着氩气流量的增加,涂层表面变得光滑,氧化层厚度逐渐减小,致密性好,且与涂层结合良好。随着氩气流量的增加,组织由板条状转变成针状,这主要与冷却速率有关。当涂层颜色为蓝色时,涂层硬度变高,说明氧扩散深度大且氧含量多。结论在不同的氩气流量下,熔覆涂层表面形成多种不同氧化色。蓝色可作为可接受和不可接受氧化程度的临界颜色。     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni+Si3N4/ZrO2复合涂层组织与性能研究

目的 提高TA15合金的表面硬度,改善其耐磨性能.方法 以Ti/Ni+Si3 N4/ZrO2混合粉末为原料,利用激光熔覆技术,在TA15钛合金表面制备出以ZrO2颗粒和原位生成Ti5 Si3、TiN为增强相,以金属化合物TiNi、Ti2 Ni为基体的复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行评估.结果 熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层组织中TiNi和Ti2 Ni金属化合物基体上弥散分布着Ti5 Si3、TiN树枝晶和ZrO2颗粒;与不含ZrO2熔覆层相比,含有ZrO2熔覆层组织的晶粒得到细化;熔覆层中原位生成的TiN桥接在裂纹上,具有增韧的作用;熔覆层的显微硬度分布在835~1050 HV区间内,约为基体硬度的3倍左右;在干滑动摩擦磨损下,熔覆层的磨损量约为钛合金基体磨损量的1/6,其主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损.结论 熔覆层中高硬度、耐磨陶瓷相和高韧性相的共同配合,显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性.