本文選題：鈦合金 + 激光熔覆層�。� 參考：《山東大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：鈦合金具有比強(qiáng)度高、中低溫性能好、耐腐蝕等特點(diǎn),在航空航天、汽車工業(yè)、體育器材和石油化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而,硬度低、耐磨性差的缺點(diǎn),限制了其在摩擦磨損場(chǎng)合的應(yīng)用。為了克服此缺點(diǎn),國(guó)內(nèi)外的研究人員嘗試采用各種表面改性方法對(duì)鈦合金進(jìn)行表面強(qiáng)化與改性處理,發(fā)展了包括化學(xué)熱處理、離子注入、等離子噴涂、微弧氧化和激光表面處理等技術(shù)在內(nèi)的多種表面處理技術(shù)。其中,激光熔覆技術(shù),具有加工效率高、熱影響區(qū)小、制備的熔覆層與基材呈現(xiàn)冶金結(jié)合、涂層厚度可控等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)激光工藝參數(shù)調(diào)控以及熔覆材料體系設(shè)計(jì),可在鈦合金表面制備耐磨性優(yōu)異的熔覆層。本文利用 "Ni60A+微米級(jí) B4C(μ-B4C)"、"Ni60A+Ni 包 B4C(Ni@B4C)" 和"Ni60A+納米級(jí)B4C(n-B4C)"多種復(fù)合材料體系對(duì)TC4鈦合金基材進(jìn)行激光熔覆處理。在熔覆過(guò)程中,熔池內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng),Ti與B、C可形成TiB2、TiB和TiC,Ni與Ti可形成Ni-Ti金屬間化合物,Ni與B可形成Ni2B、Ni3B,Cr與B、C可生成Cr2B、CrB、Cr7C3和Cr23C6。熔覆層中原位生成的多元強(qiáng)化相形成復(fù)合強(qiáng)化效果,顯著提高鈦合金的硬度與耐磨性。本文探討了激光功率、掃描速度等工藝參數(shù)以及材料配比對(duì)熔覆層宏觀形貌、缺陷、微觀組織、顯微硬度與耐磨性的影響,對(duì)比研究了微納米稀土氧化物Nd2O3和La2O3對(duì)熔覆過(guò)程的影響及其作用機(jī)制,闡述了熔覆層中物相的形成機(jī)理,分析了熔覆層的強(qiáng)化機(jī)制與耐磨機(jī)理。Ni60A+μ-B4C 材料體系的熔覆層主要由 γ-Ni、TiB2、TiB、TiC、NiTi2、NiTi、Ni2B、Ni3B、Cr2B、CrB、Cr7C3和Cr23C6等物相組成;適當(dāng)提高激光功率(≥2.0kW),保證適宜的激光能量密度,可制備出表面質(zhì)量較好且無(wú)氣孔、裂紋等缺陷的熔覆層。采用Ni60A+20wt.%n-B4C熔覆材料,在激光功率為3.0kW、掃描速度為300～600mm/min條件下進(jìn)行激光熔覆,隨著掃描速度的增加,熔覆層中的板條狀復(fù)合組織尺寸變小,顯微硬度由1600HV0.2降低到1200HV0.2;在掃描速度為450mm/min時(shí),熔覆層耐磨性最好,提高到基材的8.30倍。采用Ni60A+10wt.%μ-B4C熔覆材料,研究了 μ-B4C粒度的影響,當(dāng)μ-B4C的粒度為20μm時(shí),熔覆層表現(xiàn)出最佳耐磨性,約提高到基材的5.36倍。當(dāng)μ-B4C添加量超過(guò)20wt.%時(shí),熔覆層中易出現(xiàn)氣孔,不利于耐磨性的進(jìn)一步改善。稀土氧化物Nd2O3和La2O3對(duì)"Ni60A+μ-B4C"熔覆層物相組成的變化影響不大,但可以細(xì)化熔覆層的組織,提高顯微硬度與耐磨性;納米級(jí)稀土氧化物對(duì)微觀組織的細(xì)化作用優(yōu)于微米級(jí)稀土氧化物,n-La2O3的作用效果最好。然而,n-La2O3的添加量不宜過(guò)多,否則在熔覆層中聚集,并造成熔覆層稀釋率增加,顯微硬度降低,限制了耐磨性的進(jìn)一步改善;本文中,添加1.0wt.%n-La2O3時(shí),熔覆層磨損失重僅為0.0018g,比同等條件下未添加稀土氧化物的熔覆層(0.0025g)降低了 28%,耐磨性提高到同條件下基材的7.44倍。以Ni60A+20wt.%Ni@B4C為熔覆材料時(shí),不同掃描速度下熔覆層的物相組成種類相同,除了 γ-Ni、TiB2、TiB和TiC,熔覆層中還含有NiTi2、NiTi、Ni2B、Ni3B、Cr2B、CrB、Cr7C3和Cr23C6等物相。當(dāng)激光功率為2.0kW,掃描速度由300mm/min增加到600mm/min時(shí),熔覆層組織變得細(xì)小,顯微硬度升高,耐磨性提高,熔覆層耐磨性提高到鈦合金基材的9.85～14.22倍。當(dāng)激光功率為2.0kW時(shí),雖然Ni60A+15wt.%Ni@B4C熔覆層表層出現(xiàn)了少量氣孔,但由于其微觀組織細(xì)小致密,顯微硬度較高,且摩擦系數(shù)較低(～0.38),耐磨性提高到鈦合金基材的21.33倍;熔覆層中形成的石墨可起到一定的減摩作用。采用"Ni60A+n-B4C"復(fù)合熔覆材料體系,僅通過(guò)添加少量n-B4C,在較低功率條件下,便取得了較好的效果;激光功率為1.OkW,掃描速度為450mm/min時(shí),Ni60A+5wt.%n-B4C熔覆層的耐磨性提高到鈦合金基材的43.67倍。在Ni60A+5wt.%n-B4C(1.0kW,450mm/min)和 Ni60A+10wt.%n-B4C(2.0kW,450mm/min)熔覆層中,均發(fā)現(xiàn)了團(tuán)聚狀和球狀石墨;石墨在磨損過(guò)程中可起到一定的減摩作用,使摩擦系數(shù)降低;含有石墨的熔覆層僅在較低激光功率密度條件下得到,激光功率過(guò)高,熔覆層中的C會(huì)與熔池中的Ti等元素反應(yīng),生成TiC等碳化物。本文通過(guò)采用多種復(fù)合材料體系對(duì)TC4鈦合金表面進(jìn)行激光熔覆,制備了多元復(fù)合強(qiáng)化熔覆層,研究了材料配比及工藝參數(shù)對(duì)熔覆層微觀組織結(jié)構(gòu)與耐磨性的影響,探討了熔覆層中物相的形成機(jī)制及耐磨機(jī)理,為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)與理論依據(jù)。
[Abstract]:In order to overcome this disadvantage , many kinds of surface treatment technologies including chemical heat treatment , ion implantation , plasma spraying , micro - arc oxidation and laser surface treatment have been developed . In this paper , the effects of laser power and scanning speed on the microstructure , microhardness and wear resistance of Ni60A + 渭 - 4C alloy were investigated . The effects of laser power and scanning speed on the microstructure , microhardness and wear resistance of the coatings were discussed . The effects of laser power and scanning speed on the microstructure , microhardness and wear resistance of the coatings were discussed . The results show that when the laser power is 2.0kW and the scanning speed is increased from 300 mm / min to 600 mm / min .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1788983