本文關(guān)鍵詞：鈦合金表面激光熔覆二硅化鉬涂層的組織與性能的研究

  更多相關(guān)文章： 激光熔覆 表面強化 二硅化鉬 顯微硬度 摩擦磨損

【摘要】：鈦合金具有密度小、比強度高、耐蝕性能好等優(yōu)點,在航天航空等重要領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,但由于鈦合金耐磨性差,極大地限制了其在工程上的應(yīng)用范圍,如何提高鈦合金的耐磨性能是很多研究者所關(guān)注的問題。高功率激光器的出現(xiàn),為材料表面改性提供了一種新的有效手段,在金屬材料表面激光熔覆制備陶瓷-金屬基復(fù)合材料涂層,是提高其耐磨性一種有效的方法。本課題主要研究了激光熔覆Ti粉與MoSi_2粉的混合粉末以及Ti-Mo-Si混合粉末作為涂層粉末,分別得到自添加鈦基MoSi_2復(fù)合涂層和原位生成鈦基MoSi_2復(fù)合涂層兩種涂層,對其顯微組織和摩擦磨損性能等方面的內(nèi)容進行研究,探討了激光熔覆參數(shù)對強化相分布與形態(tài)的影響,不同的Mo元素與Si元素含量對涂層強化相形態(tài)和分布的影響,兩種方法得到的鈦基MoSi_2涂層在摩擦系數(shù),磨損率和磨損形貌上的區(qū)別,進而研究MoSi_2作為鈦合金表面激光熔覆的強化相的優(yōu)勢和可能性,為進一步改善鈦合金的摩擦磨損性能奠定了一定的基礎(chǔ)。下面為主要研究內(nèi)容及實驗結(jié)論:(1)利用原位合成的方法,按照Mo:Si=1:2,并添加不同質(zhì)量分數(shù)的純鈦粉,得到鈦基MoSi_2粉末。在TC4合金表面分別激光熔覆純鈦粉、Ti-5%(Mo+Si)、Ti-15%(Mo+Si)和Ti-30%(Mo+Si)混合粉末(質(zhì)量分數(shù),Mo與Si原子比為1:2),通過正交實驗選擇合適的功率和掃描速度等工藝參數(shù),得到三種不同的涂層,利用金相顯微鏡(OM)、超景深、掃描電鏡(SEM)對熔覆層的微觀組織進行觀察和研究,X射線衍射儀(XRD)研究熔覆層相組成,用顯微硬度儀測得三種熔覆層的硬度。結(jié)果發(fā)現(xiàn),功率為2k W掃描速度10 mm·s-1得到熔合較好,缺陷較少的熔覆層。熔覆純鈦粉涂層組織為細小針狀馬氏體α’相,熔覆Ti-15%(Mo+Si)涂層在界面處共析出的白色條狀TiSi_2,熔覆Ti-30%(Mo+Si)涂層上部出現(xiàn)了鑲嵌在涂層中的塊狀Mo5Si3、MoSi_2硬質(zhì)相,而且白色晶間析出物增多,XRD結(jié)果顯示β相增多。三種涂層熔覆區(qū)硬度有很大的區(qū)別,熔覆純鈦粉涂層平均硬度為500 HV0.2左右,熔覆Ti-30%(Mo+Si)涂層最高硬度達到了1150 HV0.2,是基體的3.4倍左右。分析比較了三種涂層組織差異的原因,Mo、Si元素添加對鈦合金組織的影響,結(jié)合熱力學(xué)分析,探討混合粉末原位生成MoSi_2的反應(yīng)機制。(2)在涂層粉末中自添加工業(yè)合成的MoSi_2粉末得到鈦基MoSi_2涂層,利用5 k W YLS-5000光纖激光器,在TC4合金表面分別激光熔覆Ti-5%MoSi_2、Ti-15%MoSi_2和Ti-30%MoSi_2混合粉末,通過正交實驗選擇合適的功率和掃描速度等工藝參數(shù),得到三種不同的涂層,利用金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)對熔覆層的微觀組織進行觀察和研究,X射線衍射儀(XRD)研究熔覆層相組成,用顯微硬度儀測得三種熔覆層的硬度。結(jié)果發(fā)現(xiàn),功率為3 k W掃描速度10 mm·s-1得到熔合較好,缺陷較少的熔覆層。由于過冷度的影響,涂層出現(xiàn)分層的現(xiàn)象,熔覆層主要為白色顆粒相和胞狀晶,熔合線以上主要為白色條狀晶和細密的針狀晶,熔合線以下為細密的針狀晶。三種涂層熔覆區(qū)硬度最高(900 HV0.2~1150 HV0.2)為Ti-30%MoSi_2粉末,平均是基體的3.4倍,證明隨著MoSi_2添加量的增加,硬度逐漸升高。(3)研究了激光工藝參數(shù)對組織中強化相分布和形態(tài)的影響和強化相的梯形分布,比較了兩種方式得到涂層的磨損系數(shù),磨損率和磨損形貌,并研究了其磨損機制。自生成MoSi_2涂層主要磨損機制為磨粒磨損,原位合成涂層為磨粒磨損和黏著磨損混合機制。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 表面強化 二硅化鉬 顯微硬度 摩擦磨損
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 緒論14-25
• 1.1 引言14-15
• 1.2 鈦及鈦合金15-16
• 1.2.1 鈦及鈦合金的性質(zhì)15
• 1.2.2 鈦及鈦合金的應(yīng)用15-16
• 1.3 鈦合金表面改性的研究現(xiàn)狀16-23
• 1.3.1 激光表面淬火16-17
• 1.3.2 激光表面重熔17-18
• 1.3.3 激光表面合金化18
• 1.3.4 激光沖擊強化18-19
• 1.3.5 激光熔覆19-20
• 1.3.6 激光熔覆的技術(shù)特點20
• 1.3.7 熔覆層的成型機理20-21
• 1.3.8 激光熔覆工藝21-22
• 1.3.9 陶瓷基復(fù)合粉末增強鈦基復(fù)合材料的研究進展22-23
• 1.4 原位自生技術(shù)23-24
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容24-25
• 第二章 試驗材料、設(shè)備及試驗方案25-35
• 2.1 試驗材料25-26
• 2.2 激光熔覆設(shè)備26-29
• 2.2.1 激光器與熔覆頭27-28
• 2.2.2 運動控制裝置28
• 2.2.3 氣體保護裝置28-29
• 2.3 實驗方案29-32
• 2.3.1 激光熔覆實驗參數(shù)選擇29-31
• 2.3.2 涂層組分設(shè)計31-32
• 2.4 顯微組織檢測32-33
• 2.4.1 X射線衍射分析32
• 2.4.2 金相組織分析32-33
• 2.4.3 掃描電鏡組織觀察33
• 2.5 性能測試設(shè)備及方法33-34
• 2.5.1 硬度檢測33
• 2.5.2 摩擦磨損性能檢測33-34
• 2.6 實驗基本內(nèi)容及流程34-35
• 第三章 激光熔覆工藝參數(shù)對涂層組織的影響35-44
• 3.1 熔覆層的組織結(jié)構(gòu)35-37
• 3.2 激光功率對涂層組織的影響37-40
• 3.3 激光掃描速度對涂層的影響40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 激光熔覆原位合成Ti基MoSi_2涂層的組織與性能的研究44-52
• 4.1 宏觀質(zhì)量44-45
• 4.2 涂層XRD分析45-46
• 4.3 顯微組織46-50
• 4.4 顯微硬度50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第五章 激光熔覆Ti-MoSi_2混合粉末涂層的組織與性能的研究52-59
• 5.1 宏觀質(zhì)量52-53
• 5.2 涂層XRD分析53-54
• 5.3 顯微組織54-57
• 5.4 顯微硬度57-58
• 5.5 本章小結(jié)58-59
• 第六章 涂層的摩擦磨損性能和磨損機制分析59-65
• 6.1 涂層的磨損性能研究59-62
• 6.2 涂層的磨損機制62-64
• 6.3 本章小結(jié)64-65
• 第七章 總結(jié)與展望65-68
• 7.1 總結(jié)65-66
• 7.2 創(chuàng)新點66-67
• 7.3 展望67-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果73-74
• 致謝74-75

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