【摘要】：鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高及耐腐蝕性好等特點(diǎn),但是鈦合金的耐磨性差在苛刻磨擦領(lǐng)域的運(yùn)用受到限制。在鈦合金表面激光熔覆含陶瓷材料的涂層是有效改善鈦合金耐磨損性能的方法之一。此外,稀土元素由于自身特殊的物理特性和化學(xué)特性,有利于促進(jìn)晶粒的細(xì)化、改善組織的均勻性并改善熔覆層的摩擦磨損性能。目前,有關(guān)添加稀土后得到的金屬陶瓷復(fù)合涂層的組織和性能的關(guān)系的研究較少,故研究激光熔覆Ti-B-N-Re體系的結(jié)晶過(guò)程,進(jìn)一步探討熔覆層組織結(jié)構(gòu)與摩擦磨損性能的關(guān)系。首先研究了激光熔覆工藝參數(shù)激光功率和激光掃描速度對(duì)熔覆層的組織和性能的影響。在采用合適的激光熔覆工藝參數(shù)條件下,可在Ti-3Al-2V表面原位生成冶金結(jié)合良好的TiB-TiN復(fù)合陶瓷強(qiáng)化涂層,稀釋率較低且無(wú)明顯的缺陷。熔覆層原位形成了針棒狀組織TiB和等軸樹(shù)枝晶粒組織TiN。隨著激光功率的升高,熔覆層的宏觀幾何尺寸隨之增大,而稀釋率隨之降低;TiN的形核與長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力優(yōu)于TiB,優(yōu)先在熔池中形核與長(zhǎng)大;熔覆層的顯微硬度變大。隨著激光掃描速度的增大,稀釋率呈降低趨勢(shì);熔覆層的TiN和TiB尺寸逐漸減小,均勻性降低;熔覆層的顯微硬度隨之降低。研究了引入不同稀土對(duì)TiB-TiN復(fù)合陶瓷熔覆涂層的增強(qiáng)相微觀組織形貌與分布、顯微硬度、摩擦磨損性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)添加適量CeO_2,熔覆層中的強(qiáng)化相更加細(xì)小,組織分布更加均勻,硬度和摩擦磨損性能均得到提高。其中,CeO_2為2 wt.%時(shí),熔覆層的表層硬度最大且耐磨損性能最佳,磨損機(jī)制屬于磨粒磨損。添加適量的Y能使強(qiáng)化相和熔覆層的組織均得到一定程度的細(xì)化;添加過(guò)量的Y后強(qiáng)化相和熔覆層的組織反而有所粗化。其中,Y為1 wt.%時(shí),熔覆層的表層硬度最大且耐磨損性能也最佳,此時(shí)的磨損機(jī)制屬于磨粒磨損。激光熔覆是一個(gè)快速凝固過(guò)程,激光熔覆Ti-B-N-Re體系的結(jié)晶過(guò)程為:I)原料受熱熔化形成液相L;II)初生相TiN開(kāi)始形核并長(zhǎng)大;III)液相和初生相TiN包晶反應(yīng)生成α-Ti;IV)形成稀土間化合物RE_xM_y促進(jìn)初生相TiB形核并長(zhǎng)大;V)共晶反應(yīng)生成TiB-β-Ti;VI)β-Ti發(fā)生轉(zhuǎn)變形成α-Ti。TiN的結(jié)晶要優(yōu)先于TiB,TiN從上部到底部主要由細(xì)小的等軸晶組織向粗大的層片狀樹(shù)枝晶組織轉(zhuǎn)變;TiB的結(jié)晶過(guò)程由動(dòng)力學(xué)因素主導(dǎo),粗大的棒狀初生相組織TiB主要存在于熔覆層的上部和底部,在熔覆層的中部?jī)H存在TiB和α-Ti組成的共晶組織形貌。熔覆層頂部強(qiáng)化相組織細(xì)小、分布彌散,具有更佳的硬度及耐磨性能。強(qiáng)化相的數(shù)量對(duì)摩擦磨損性能影響的權(quán)重比強(qiáng)化相的粒度更大。
【圖文】：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文Al-Y-O 體系如圖 1-2 所示，熔覆涂層表現(xiàn)出更細(xì)小的微觀組織當(dāng) Y2O3含量為 3 wt. %時(shí)，熔覆層的顯微硬度高于 Y2O3含量層，但是卻產(chǎn)生了微裂紋，并且由于熔池溫度的降低導(dǎo)致部分圖 1-3 所示，，這將顯著降低熔覆層的耐磨性。

加 1 wt. % Y2O3的熔覆層的 SEM 照片[51]：(a)熔覆層和界面；(b)熔覆層的大圖；(c)TiB2/Al2O3相；(d)Y2O3聚集；(e)Si-Al-Y-O 體系ross-sectional SEM micrographs of laser cladding with 1 wt. % Y2O3added (interface; (b) Partial enlarged graphof cladding zone; (c) TiB2/Al2O3; (d) nanSi-Al-Y-O system
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG665;TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2677510