Ti6Al4V合金表面激光熔覆NiCrAlSi复合涂层的组织及高温抗氧化性能

为提高Ti6Al4V合金的高温抗氧化性能,以Ni80Cr20-40Al-20Si(质量分数,%)复合合金粉末为原料,采用激光熔覆技术,在Ti6Al4V合金表面制备复合涂层,系统地分析涂层的物相、显微组织结构及高温抗氧化性能。结果表明:复合涂层中没有发现裂纹,仅有少量气孔,且与基体实现良好的冶金结合;Ti_5Si_3/Al_3Ni_2作为增强相均匀分布于基体Al_3Ti/NiTi中;经恒温800℃氧化32 h后,复合涂层的氧化膜主要由Al_2O_3和NiO组成,结构连续致密,氧化动力学曲线近似符合抛物线规律,表现出较好的高温抗氧化性能;而Ti6Al4V合金的氧化膜主要为疏松的TiO_2,表面氧化严重,表现出较差的抗氧化性能。激光熔覆NiCrAlSi复合涂层可望成为有效提高Ti6Al4V合金高温抗氧化性能的途径之一。     

不同温度下γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以Ti C为增强相、γ-Ni Cr Al Ti固溶体为增韧相、Ca F2为自润滑相的γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层。分别在室温、300℃和600℃时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能,并且讨论了其与对磨球的磨损机理。结果表明:从室温到600℃,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低,该复合涂层具有较好的自润滑耐磨性能;对偶件Si3N4陶瓷球的磨损也有一定程度的降低。600℃时,Ti6Al4V基体的磨损机理为氧化塑性变形,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2磨损机理为润滑转移层的形成。     

Ti6Al4V表面激光熔覆原位自生TiC颗粒增强钛基复合材料及摩擦磨损性能

以Ti,Cr3C2混合粉末作为预置合金涂层,采用YAG固体激光器进行激光熔覆处理,在Ti6Al4V合金表面制备出原位自生TiC颗粒增强钛基复合材料涂层,实验结果表明,采用合适的合金粉末成分和激光辐照能量密度,可以获得增强相TiC弥散分布的钛基复合材料熔覆层,熔覆层结晶致密,且与复合材料基体润湿性良好,熔覆层复合材料的基体组织随预置合金粉末成分的改变而变化,摩擦磨损实验结果表明,原位自生TiC/Ti复合材料熔覆层可明显改善Ti6Al4V合金的表面硬度和摩擦磨损性能。     

添加固体润滑剂WS_2的钛合金激光熔覆高温耐磨复合涂层组织与耐磨性

为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-Ni Cr Al Ti/Ti C与γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪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-Ni Cr Al Ti/Ti C复合涂层主要由硬质相Ti C和γ-Ni Cr Al Ti固溶体组成;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层主要是由硬质Ti C和Ti WC2为耐磨增强相、γ-Ni Cr Al Ti为增韧相、Ti2CS和Cr S金属硫化物为自润滑相组成的高温自润滑耐磨复合涂层。γ-Ni Cr Al Ti/Ti C和γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层的摩擦系数在实验温度下都远低于Ti6Al4V基体;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS表现出良好的高温自润滑减摩性能。     

表面改质技术

表面改性在陶瓷钎焊和扩散焊领域中的应用；超音速微粒高能轰击16MnR钢表面纳米化的研究；不同基材和涂层激光重熔表面改性的研究现状与进展；TC4钛合金激光熔覆TiC＋M涂层组织和耐磨性能研究；CeO2对激光熔覆Ni基合金涂层组织与性能的影响；Ti6A14V表面激光熔覆NiCrBSi＋B4C涂层的组织结构；等离子激光复合熔积高温合金粉末的工艺研究；激光熔覆生物陶瓷涂层和界面的研究。[编者按]     

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B4C涂层的组织结构

选用NiCrBSi及2％民C混粉在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理，使基体中的Ti和B4C发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相，制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层。综合运用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了优化熔覆工艺条件下的NiCrBSi＋B4C激光熔覆层的组织结构与相组成，并对复合涂层进行了硬度测试，结果表明：NiCrBSi＋2％B4C熔覆层的微观组织是在γ—Ni和Ni3Ti＋Ni3B共晶的基体上均匀分布着TiB2、TiC、CrB等相的多元组织，激光熔覆层的硬度比Ti6Al4V基体硬度提高到3～4倍。     

钛合金激光熔覆纯Cu粉的热力学与组织性能

采用预置粉末的方式在钛合金Ti6Al4V表面激光熔覆纯Cu粉,利用热力学相图软件(Thermo-Calc)对Ti-Cu-Al-V合金体系进行平衡相图计算、根据平衡相图推测涂层中可能存在的相,运用DICTRA软件模拟计算纯Cu粉在Ti6Al4V表面凝固过程及元素扩散行为。结果表明,涂层主要存在相为Cu Ti2、Cu Ti3、Ti(Cu,Al)2、Al2Cu3,熔覆层主要组织为交错的树枝晶,熔覆层的显微硬度大大高于基体,耐磨性能显著提高,当激光功率P为2.2 k W时,熔覆层硬度、耐磨性能相对较优。     

稀土对激光熔覆生物陶瓷涂层纵截面组织形貌的影响

在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理,所得的生物陶瓷涂层的质量,受到涂层组织结构的重要影响,稀土则是影响涂层组织形貌的重要物质.采用激光熔覆处理单纯钛合金、钛合金和涂层原料及预熔钛为过渡层的生物陶瓷涂层,对比研究了稀土对其纵截面的组织形貌的影响.结果显示:稀土对涂层具有降低开裂倾向的作用.因此,在涂层原料中寻找适当比例的稀土可以有效降低涂层的裂纹敏感性.     

钛合金激光熔覆NiCr/Cr3C2-20%WS2涂层的耐磨性

为提高Ti6Al4V钛合金的耐磨性能,以NiCr/Cr3C2-20%WS2复合粉末为原料,采用激光熔覆技术在钛合金表面原位合成自润滑耐磨复合涂层,系统地分析了涂层的物相、显微组织、硬度、摩擦学性能和对偶件的磨损形貌。结果表明：对比激光熔覆NiCr/Cr3C2涂层(其显微硬度为1167 HV0.5),添加20%WS2后复合涂层的硬度(1076 HV0.5)略有下降,但由于Ti2SC和CrS自润滑相的产生,涂层的耐磨减摩性能明显提高,同时Si3N4对磨球的磨损表面光滑,无明显塑性变形,显示出NiCr/Cr3C2-20%WS2复合涂层具有良好的自润滑耐磨性能。     

Ti6Al4V钛合金表面激光熔覆复合涂层的高温稳定性

以30%Al-40%Ni-12%Mo-18%Si(质量分数,%)复合粉末为原材料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备了30Al复合涂层。研究了800℃下保温1、10、30、50 h时复合涂层的物相、显微硬度及显微组织。结果表明:高温热处理前和热处理10 h后,该涂层的物相组成和显微组织基本不变;该涂层的显微硬度仅在保温50 h后下降约100HV0.3。该涂层表现出了良好的高温稳定性。     

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.     

Effects of Micro-Arc Oxidation of Ti6Al4V Alloy on Adhesion Property to Electroless Ni-P-ZrO2 Composite Platings and Their Wear Resistance

在Ti6Al4V合金微弧氧化膜表面制备Ni-P-ZrO2化学复合镀层,微弧氧化处理时间分别为15、30、60、90 min。采用扫描电镜/能谱仪、划痕试验、热震试验、显微硬度计和球盘式摩擦磨损试验机研究了微弧氧化膜结构对Ni-P-ZrO2化学复合镀层的结合性能与摩擦性能的影响。结果表明：随着微弧氧化时间的增加,复合镀层的结合性能显著提高,原因是微弧氧化膜的多孔性结构及其机械锁合效应。与Ti6Al4V合金相比,微弧氧化+化学复合镀处理后的试样硬度和耐磨性显著提高,Ti6Al4V合金表现为是严重的黏着磨损,而Ni-P-ZrO2复合镀层以磨砺磨损为主     

Microstructure characteristics of Ti3Al/TiC ceramic layer deposited by laser cladding

Al + TiC laser cladding coatings were prepared on Ti-6Al-4V alloy by CO₂ laser cladding technique. The microstructure, micro-hardness and phase constitutes of the laser cladding layer were investigated by means of scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and microsclermeter. The results indicated that the laser cladding layer solidified into the fine microstructure rapidly, and TiC hard phase was dispersived in the cladding layer. When the mass percent of TiC was 40%, the micro-hardness (1100HV_0.2-1250HV_0.2) of Al + TiC cladding layer was 3 times more than that of the Ti-6Al-4V alloy substrate (350-370HV_0.2). The cladding layer mainly consisted of α-Ti (Al), β-Al (Ti), Ti₃Al, TiAl, Al₃Ti and TiC phase. There phases were beneficial to improve the hardness and wear resistance of the cladding layer.     

Sliding wear resistance of TiCp reinforced titanium composite coating produced by laser cladding

Titanium metal matrix composite coatings (MMC) are considered to be important candidates for high wear resistance applications. Laser cladding (LC) by coaxial powder feeding is an advanced coating manufacturing process, which involves laser processing fine powders into components directly from computer aided design (CAD) model.In this study, the LC process was employed to fabricate TiC particle reinforced Ti6Al4V MMC coatings on Ti6Al4V hot rolled samples.The experimental results show that during LC process, TiC particles are partially dissolved into melted Ti-base alloy and precipitated in the form of TiC dendrites during cooling.Dry sliding wear properties of these MMC layers have been compared with substrate materials wear. The observed wear mechanisms are summarized and related to detailed microstructural observations. The layers have been found to show improved tribological properties connected with the TiC_p addition and the LC process parameters.     

激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能研究进展

利用激光熔覆技术制备的高熵合金涂层已成为一种新兴的绿色清洁耐腐蚀涂层.为了最大程度发挥高熵合金涂层的耐腐蚀防护性能,需要探究激光熔覆高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响因素及影响机理.首先阐述了高熵合金理论以及利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的优势,总结了高熵合金激光熔覆涂层优异耐腐蚀特性及耐腐蚀强化机理.重点综述了高熵合金元素组成、激光熔覆工艺参数、涂层后处理工艺以及服役温度4个因素,对高熵合金激光熔覆涂层耐腐蚀性能的影响规律与影响机理.高熵合金中适当添加Ni、Al、Ti等元素,在一定程度上可以提高涂层的耐腐蚀性,但是随着元素含量的进一步增加,由于高熵合金涂层的物相组成改变、晶格畸变严重、元素偏析加剧,可能导致涂层的耐腐蚀性能降低.适宜的激光加工参数可以使涂层具有较好的耐腐蚀性,原因在于涂层的缺陷较少、组织细密均匀.退火、激光重熔、超声冲击处理等涂层后处理工艺,通过改变高熵合金涂层的物相组成以及微观组织特征,来提高其耐腐蚀性.激光熔覆高熵合金涂层的服役环境温度越高,则腐蚀速率越快.最后,对激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能强化方法进行了总结与展望.     

AA6063铝合金表面激光熔覆TiC/Al_3 Ti复合材料涂层

将Al、Ti和TiC 粉末预涂在AA6063铝合金表面,采用激光熔覆法制备了TiC/Al_3Ti复合材料涂层,分析了激光熔覆层的显微组织和硬度分布.结果表明,采用合适的激光工艺可获得无裂纹和孔洞且表面平整的熔覆层.熔覆层由枝晶状Al_3Ti、枝晶间α-Al和均匀分布的TiC颗粒组成,TiC颗粒在激光辐照过程中未发生熔解,熔覆层与基材的界面结合良好.随与熔覆层表面距离的增加,Al_3Ti枝晶的尺寸变大,α-Al的含量减少.激光熔覆层的硬度可达700 HV0.2,显著改善了AA6063铝合金的表面硬度.     

钛合金表面GO/HA/MAO复合膜层的制备及其性能

为了改善钛合金种植体在体液中的腐蚀及摩擦腐蚀行为,延长其在人体环境中的服役时间,在微弧氧化 (MAO)膜层上采用溶胶凝胶(Sol-gel)法于羟基磷灰石(HA)和氧化石墨烯(GO)的混合溶胶中浸渍提拉成膜,从而在 Ti6Al4V 合金表面成功地制备了 GO/ HA/ MAO 复合膜层。 结果表明,MAO 膜层表面的微孔及微球被 GO/ HA 薄膜有效的覆盖且较为致密;膜层的物相组成主要为金红石相及锐钛矿相的 TiO₂、HA、SiO₂ 和GO;根据电化学腐蚀和摩擦腐蚀结果分析知,GO/ HA/ MAO 复合膜层在模拟体液(SBF)中的耐蚀性及耐摩擦腐蚀性相比于 MAO 膜层和 Ti6Al4V 基体均得到了显著提高。     

The Tribological Performance of Surface Treated Ti6A14V as Sliding Against Si<Subscript>3</Subscript>N<Subscript>4</Subscript> Ball and 316L Stainless Steel Cylinder

Closed field unbalanced magnetron sputtering was used to deposit diamond-like carbon (Ti-C:H) coatings on Ti6Al4V alloy and gas nitrided Ti6Al4V alloy. Four different specimens were prepared, namely untreated Ti6Al4V alloy (Ti6Al4V), gas nitrided Ti6Al4V alloy (N-Ti6Al4V), Ti-C:H-coated Ti6Al4V alloy (Ti-C:H/Ti6Al4V) and Ti-C:H-coated gas nitrided Ti6Al4V alloy (Ti-C:H/N-Ti6Al4V). The tribological properties of the four specimens were evaluated using a reciprocating wear tester sliding against a Si₃N₄ ball (point contact mode) and 316L stainless steel cylinder (line contact mode). The wear tests were performed in a 0.89 wt.% NaCl solution. The results showed that the nitriding treatment increased the surface roughness and hardness of the Ti6Al4V alloy and improved the wear resistance as a result. In addition, the Ti-C:H coating also improved the tribological performance of Ti6Al4V. For example, compared to the untreated Ti6Al4V sample, the Ti-C:H coating reduced the wear depth and friction coefficient by 340 times and 10 times, respectively, in the point contact wear mode, and 151 times and 9 times, respectively, in the line contact wear mode. It is thus inferred that diamond-like carbon coatings are of significant benefit in extending the service life of artificial biomedical implants.     

铝合金表面激光熔覆原位自生TiC增强金属基复合材料涂层

以Ti,SiC混合粉末作为预置合金涂层,采用2kW连续Nd:YAG固体激光器进行激光熔覆处理,在6061铝合金表面借助于接触反应法制备原位生成TiC颗粒增强Al-Ti复合材料涂层。试验结果表明：采用适合的激光辐照工艺参数,可获得增强相TiC弥散分布,以Ti-Al金属间化合物及Al过饱和固溶体为主要组成相的复合材料熔覆层组织。TiC颗粒与复合材料基体润湿良好,熔覆层结晶致密,与6061铝合金基材呈良好的冶金,珂明显地改善铝合金的表面性能。     

激光熔覆制备高熵合金涂层的研究进展

激光熔覆技术具有高的冷却速度、低的稀释率、涂层与基体冶金结合等优点,采用激光熔覆技术制备耐磨性和耐腐蚀好的高熵合金涂层是近几年高熵合金领域的研究热点之一。首先概括了激光熔覆技术制备的高熵合金体系及组织结构特征,大多高熵合金涂层以固溶相为主,少数合金涂层形成了非晶相,与熔炼制备高熵合金块体材料相比,涂层组织具有均匀、细小致密等特点。然后介绍了涂层的性能特征,涂层具有较高的硬度、良好的耐磨性,同时指明高耐磨性涂层不仅具有高的硬度,同时还需要具有一定的塑韧性。涂层合金中大多包含有Al、Cr、Si和Co等形成稳定氧化膜的元素,呈现优异的抗腐蚀性能。随后重点概述了合金元素（Al、Mo、V、Ti、B、Ni、Nb和Cu等）、熔覆工艺参数（激光功率、扫描速度和预制层粉末厚度）和热处理工艺对涂层组织结构和性能的影响规律。其中,熔覆工艺参数对涂层组织结构和性能的影响研究相对较少,将是未来研究的重点内容之一。最后对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题和未来的研究方向做了展望。