钛合金与WC-17Co涂层界面结合性能分析

采用超音速火焰喷涂技术在Ti-6Al-4V合金表面制备WC-17Co涂层,从显微形貌、界面氧化行为、裂纹扩展形式等方面系统分析了WC-17Co涂层与Ti-6Al-4V基体界面断裂失效原因,并利用四点弯曲法测量了WC-17Co与Ti-6Al-4V合金的平均断裂能量释放率.结果表明,热喷涂过程使Ti-6Al-4V的表面氧化相含量显著提高.氧化后Ti-6Al-4V的表面显微硬度达到322.4 HV,熔融粒子撞击到Ti-6Al-4V表面很难对基体造成明显的塑性变形,不能形成有效咬合,使得钛合金与WC-17Co涂层的结合性能偏低.     

激光熔覆原位合成陶瓷相增强铁基熔覆层的组织和性能

利用6 kW光纤激光器在Cr12MoV汽车模具钢表面激光熔覆含有Ti-Fe,B₄C粉末的铁基合金粉,在汽车模具钢表面直接原位合成TiC+TiB₂颗粒增强的铁基合金复合涂层.涂层与基体呈良好的冶金结合,涂层组织细小,结构致密,宏观质量较好. XRD分析结果表明,涂层组织由α-Fe,TiC,TiB₂组成. TiC,TiB₂相均匀分布于熔覆层中.由于TiC,TiB₂硬质相的形成以及激光的快速凝固冷却获得的细晶组织,使得熔覆层的显微维氏硬度有了明显提高.在距离熔覆层表面1.2 mm处显微维氏硬度高达1000 HV,有利于促进熔覆层耐磨性的提高.     

离心研磨工艺对Ti-6 Al-4 V钛合金表面组织性能的影响

目的改善Ti-6Al-4V钛合金的组织性能。方法使用离心研磨工艺对Ti-6Al-4V钛合金进行表面处理,通过显微硬度计、X射线应力分析仪、金相显微镜,对不同加工时间下试样表层的显微硬度、残余应力、金相组织进行测试。结果离心研磨加工后,Ti-6Al-4V钛合金表面的显微硬度得到提高,试样最表面的显微硬度随加工时间的延长呈现逐渐增大的趋势,加工时间为40 min时,显微硬度达到最大值385HV,比试样基体硬度值提高了55HV;在加工深度方向上,随着深度的增加,显微硬度值逐渐降低,在深度为400μm附近,显微硬度值已与基体硬度值相差不大,并且基本不再下降。加工完成后,试样表面产生了有益的残余压应力,最大残余压应力值为436 MPa。金相组织分析结果表明,试样表层组织形成了剧烈塑性变形层,其深度约40μm,在变形层内,组织的晶粒得到明显细化。结论离心研磨抛光工艺对Ti-6Al-4V钛合金表面组织性能改善效果明显,验证了使用该工艺对Ti-6Al-4V钛合金进行表面强化的可行性。     

TC4表面激光熔覆AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金层的组织与性能

采用激光熔覆技术在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面制备出了AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金熔覆层。运用XRD、OM、SEM、EDS等手段分析了熔覆层的相组成、微观形貌和成分;利用显微硬度仪和多功能摩擦磨损试验机分别检测了熔覆层的硬度和耐磨性能。结果表明:当激光功率P=1500 W,光斑直径D=3 mm,扫描速度V=20 mm/s时,制备出了与基体结合良好,无明显缺陷的高熵合金层。熔覆层主要由面心立方(FCC)结构相、体心立方(BCC)结构相和少量的Laves相组成。熔覆层的平均硬度为699.7 HV0.2,约为基体硬度(298.3 HV0.2)的2.35倍。摩擦磨损试验结果表明熔覆层的耐磨性较基体提高约42倍。     

TC4合金氩弧熔覆Ni60+B4C复合涂层组织及耐磨性

利用氩弧熔覆技术在TC4合金表面成功制备出TiC、TiB、TiB2增强Ti基复合涂层.利用SEM、XRD和EDS分析了熔覆涂层的显微组织;利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度;利用摩擦磨损试验机测试了涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,TC4合金表面有颗粒状TiC、粗大棒状相TiB2、细小棒状相TiB生成;复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,涂层的最高显微硬度可达1300 HV0.2;复合涂层在室温干滑动磨损试验条件下具有优异的耐磨性,磨损机制主要是魔力磨损,其耐磨性较TC4合金基体提高近10倍.     

Ti/TiAl复合板大压下率热轧复合行为及组织性能研究

采用大压下率包套热轧法成功制备了界面无缺陷的Ti-6Al-4V(质量分数,%)/Ti-43Al-3V-2Cr(原子分数,%)复合板,并对复合板的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,界面区域无明显缺陷,成功避免了Kirkendall现象。复合板界面厚度约为230μm,根据相组成不同,可将界面分为2个区域,其中1区域为近Ti-6Al-4V合金界面处,主要由α/α₂+β/B2组成;界面2区域为近TiAl合金界面处,主要由α/α2+β/B2+γ组成。界面区域组织是由于Ti-6Al-4V合金中Ti元素扩散到TiAl合金层以及TiAl层的Al和Cr元素扩散到Ti-6Al-4V合金层所致。测试了复合板的界面维氏硬度和不同加载方式的三点抗弯强度。结果表明,界面1区域具有最高的显微硬度,横向试件垂直表面加载时复合板表现出最佳的抗弯能力,抗弯强度达到1150.82 MPa。基体和界面区域均为脆性断裂,界面结合处未发生断裂。     

Ti6Al4V表面激光熔覆Ti/TiBCN复合涂层研究

目的 提高Ti6Al4V表面硬度、耐腐蚀性和耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备Ti/TiBCN复合涂层,研究不同激光比能对涂层组织与性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微维氏硬度计、电化学工作站和往复摩擦磨损试验机研究了涂层的相组成、显微组织、显微硬度、耐腐蚀性和耐磨性。结果 当激光比能为13.3 kJ/cm2、TiBCN含量为70%时,Ti/TiBCN复合涂层质量最好。涂层上部由胞状晶、花瓣状结构、须状结构和等轴α相组成,涂层中部主要由粗大TiBCN枝晶组成,涂层下部由针状结构和类球形TiBCN颗粒组成。与Ti6Al4V基体相比,涂层硬度达1050HV0.2,约为基体显微硬度（340HV0.2）的3.0倍。基体自腐蚀电位为-1.388 V,自腐蚀电流密度为-6.33 A/cm2;涂层自腐蚀电位为-1.173 V,自腐蚀电流密度为-6.22 A/cm2。摩擦磨损实验中,涂层出现轻微的剥落、磨粒磨损式的浅短磨痕和颗粒碎屑,基体表面出现较多犁沟式磨损。涂层的平均摩擦因数为0.174,约是基体（0.323）的1/2;涂层的磨损量为1.152 mg,约是基体（6.723 mg）的1/6。结论 当激光比能为13.3 kJ/cm2时,涂层的组织均匀致密,硬度显著提高,耐腐蚀性和耐磨性优于基体。     

喷焊工艺对钛基体镍基涂层显微组织和性能的影响

采用常规喷焊工艺和改进喷焊工艺,在Ti-6Al-4V合金表面上制备了镍基耐磨涂层,分析了涂层的形貌和合金元素的扩散,测试了涂层的显微硬度,定性地研究了基体和涂层的结合性能.结果表明:改进工艺所制备的涂层组织和性能均优于常规工艺的,涂层组织的均匀性大大提高,晶粒得到细化;基体和涂层为明显的冶金结合;涂层显微硬度的变化沿层深方向呈连续性和渐变性,其表层显微硬度高达HV933.2.采用合理的喷焊工艺能够在钛合金表面制备出性能优良的耐磨涂层.     

WC含量对激光熔覆Al_2O_3/TiO_2涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在钛合金(Ti-6Al-4V)表面制备了Al_2O_3/TiO_2涂层,研究了添加不同含量WC对熔覆层裂纹和组织性能的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDAX)、X射线衍射分析仪(XRD)和显微硬度计研究了激光熔覆涂层的显微结构,分析了涂层的裂纹率、成分分布、相组成和显微硬度分布情况。结果表明:当WC含量为0%~20%(质量分数)时,随着WC的增加,涂层表面裂纹明显减少;添加20%WC时,熔覆层表面无裂纹,涂层与基体结合良好;添加30%WC时,熔覆层表面裂纹明显增多,涂层与基体结合区产生较大裂纹,并伴有一些细小的气孔。熔覆层内有许多未熔的Al_2O_3颗粒,同时,随着WC含量的增加,涂层的晶粒越来越细化,组织分布更加均匀,涂层的显微硬度明显增大。     

B4C含量对激光熔覆Fe基陶瓷复合涂层组织及性能的影响

选用同一参数,激光熔覆了Fe基合金加不同含量B4C陶瓷(10％、15％、20％、25％和30％,质量分数)的复合涂层,分析比较了B4C含量对涂层显微组织、相组成、显微硬度以及耐磨性能的影响.结果表明,虽然熔覆粉末中B4C含量不同,复合涂层显微组织都是由平面状晶、胞状晶、树枝状晶和等轴晶组成,但含20％B4C涂层上部等轴晶区晶粒尺寸最小,当B.C含最达到25％及以上时涂层组织中分布着的B4C出现富集现象;不同B4C含量涂层物相都为α-Fe、Fe3B、B4C、Fe23(B,C)6和CrB等,且各组成相的含量差异不明显;不同B4C含量熔覆层显微硬度分布相同,较基材都明显提高,其中含20％B4C的熔覆层显微硬度最高达到1370 HV0.2;磨损试验表明,不同B4C含量熔覆层耐磨损性都明显优于基材,而含20％B4C熔覆层磨损量也最小.     

等离子熔覆添加和内生联合WC颗粒增强铁基涂层的组织和性能

采用等离子熔覆技术,以铸造碳化钨、钨铁粉、镍包石墨和铁基合金粉为原材料,在Q235钢基体上制备了外加和内生联合WC颗粒增强铁基复合涂层,通过扫描电镜和能谱分析、X射线衍射、硬度测试和磨料磨损试验对其微观组织、物相组成、硬度和耐磨性能进行了表征。结果表明,在优化的工艺参数下,可以获得与基体冶金结合良好的涂层,硬质相除外加的WC颗粒,还有内生的WC、W₂C、W₃C、Fe₃W₃C和Fe₂W₂C等;随着混合粉末中除外加WC之外的W含量增加,熔池中合金液密度增大,可以减弱外加WC颗粒下沉;当W含量达到15%时,外加WC颗粒均匀分布在涂层中,没有团聚现象发生,且在外加WC颗粒周围有细小的原位WC颗粒生成,涂层的显微硬度和耐磨损性能显著提高,涂层的平均硬度约为1300 HV0.2,耐磨性为Q235钢基体的10倍。     

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.     

电弧熔炼Ti6Al4V/B4C复合材料微观组织与力学性能

采用真空电弧熔炼技术制备了不同含量B₄C的Ti6Al4V/B₄C钛基复合材料,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、静态压缩及拉伸测试等对其微观组织及力学性能进行了表征分析. 结果表明,电弧熔炼过程B₄C与钛基体原位反应生成TiB,TiC及TiB₂相,TiB呈现一维生长晶须状,TiC呈现颗粒状,在B₄C质量分数为10%时生成块状TiB₂,并可能会形成特殊的中空棱柱状结构Ti(B_xC_y)聚合物. 原位反应生成的TiB₂可显著提高钛基复合材料的显微硬度. 当B₄C质量分数为0.5%时,钛基复合材料原位反应生成的连续网状、均匀分布的TiB和TiC试样具有最优力学性能,试样最大抗压强度值达到1 990 MPa,最大压缩应变为35.5%,压缩性能超过熔炼钛合金,抗拉强度达到1 034 MPa,与熔炼钛合金材料相比提高近24%,但塑性有所降低,并随着B₄C含量增加,抗拉强度逐渐下降,其断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂.     

钛合金表面激光熔覆高温自润滑耐磨复合涂层

为了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-NiCrAlTi/TiC与γ-NiCrAlTi/TiC/CaF₂复合涂层. 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-NiCrAlTi/TiC/CaF₂复合涂层主要由"原位"生成的小块状,针状TiC颗粒及TiC树枝晶,γ-NiCrAlTi固溶体基体及弥散分布的球状CaF₂颗粒组成. 由于硬质增强相 TiC与增韧相γ-NiCrAlTi的共同作用,γ-NiCrAlTi/TiC与γ-NiCrAlTi/TiC/CaF₂复合涂层的磨损率在试验温度下都远低于Ti-6Al-4V基体;在600 ℃时,γ-NiCrAlTi/TiC/CaF₂涂层的平均摩擦系数为0.21,相对于基体与γ-NiCrAlTi/TiC涂层分别降低了43%,50%,表现出良好的高温自润滑减摩性能.     

钛合金表面激光熔覆TiB2-TiC/Ni复合涂层的真空摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备以反应合成TiB2和TiC颗粒为增强相的Ni基复合涂层,利用УТИТВ-100型销-盘摩擦磨损试验机研究了激光熔覆层在真空(10-5Pa)中的干滑动摩擦磨损性能,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了摩擦偶件的磨损表面形貌,讨论了激光熔覆层的磨损机制。结果表明,激光熔覆层的摩擦系数在0.25～0.5之间,明显低于TC4合金的摩擦系数(0.45～0.8),磨损体积约为TC4合金的40%。随法向载荷和滑动速度的增加,激光熔覆层的磨损体积增加,激光熔覆层的磨损机制主要为粘着磨损和粘附转移物引起的磨粒磨损。     

TA15钛合金激光非晶-纳米晶增强镍基涂层的组织结构及耐磨性

在重要航空材料TA15钛合金基材表面进行激光同轴送粉熔覆Ni60A-Ni包WC-TiB₂-Y₂O₃混合粉末可生成非晶-纳米晶增强复合涂层.对涂层进行微观组织观察、显微硬度测试及室温干摩擦磨损试验.结果表明,涂层主要由γ-(Fe,Ni),WC,α-W₂C,M₁₂C,Ti-B化合物,Ti-Al金属间化合物,Mo,Zr与V元素的碳化物以及非晶相构成.整个涂层为非晶、纳米晶及其它晶化相共存.涂层较TA15钛合金表现出更好的耐磨损性,且涂层的主要磨损机制为磨粒磨损与粘着磨损.纳米晶颗粒的产生可使涂层磨损表面光滑,有利于摩擦系数与磨损量的降低.     

Ti6Al4V合金表面氩弧熔覆原位合成TiC-TiB2增强钛基复合涂层组织与耐磨性

以B4C和Ni60A粉末为预涂材料,采用氩弧熔覆技术,在Ti6Al4V合金表面原位合成TiC与TiB₂增强相增强钛基复合材料涂层.运用XRD,SEM等分析手段研究了复合涂层的显微组织,利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度并用磨损试验机分析了其在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,熔覆层组织主要由TiC和TiB₂组成,TiC颗粒和TiB₂颗粒弥散分布在基体上,TiC颗粒的尺寸为2~3μm,而呈长条状的TiB₂颗粒尺寸为3~5μm.显微硬度和耐磨性测试结果表明,该复合涂层显微维氏硬度高达1200MPa左右,复合涂层的耐磨性能比Ti6Al4V基体提高约20倍.     

超细VC对激光熔覆H13合金显微组织和耐磨性的影响

目的 通过添加超细VC颗粒改善Q235合金表面激光熔覆H13涂层的显微组织,并提高其耐磨性.方法 利用激光熔覆技术在Q235表面制备了H13/VC复合涂层,利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪以及摩擦磨损试验仪,研究了超细VC颗粒不同添加量对涂层微观结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响.结果 激光熔覆H13/VC复合涂层...     

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.