本文關鍵詞：熱處理對鈦合金表面激光熔覆層組織和性能的影響研究

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【摘要】：首先本文綜述了熱處理在激光熔覆涂層領域的應用研究現(xiàn)狀。本文分別以Ni/WC、Ni Cr BSi/WC為熔覆材料,通過激光熔覆技術在鈦合金Ti6Al4V表面制備了以WC、Ti C為增強相,以金屬間化合物為基的復合涂層。并對純Ni/WC涂層進行不同保溫時間的低溫熱處理,對Ni Cr BSi/WC涂層進行不同溫度及不同冷卻介質的高溫處理。利用光學顯微鏡、掃描電鏡、能譜儀、X射線衍射儀等現(xiàn)代分析測試手段對不同熔覆涂層物相組成、組織形貌特點進行分表征;對不同熔覆層硬度、斷裂韌性及摩擦磨損性能等力學性能進行綜合分析研究,并重點分析研究了兩種涂層物相組成形成機理,不同溫度熱處理過程中Ni Cr BSi/WC涂層組織演變規(guī)律及不同熱處理工藝對熔覆層斷裂韌性及摩擦磨損性能的影響。研究結果表明,在鈦合金基體上制備的純Ni/WC熔覆層組織均勻致密且與基材結合良好。熔覆層組織主要由呈白色等軸狀的WC顆粒、呈枝晶狀規(guī)則排列并彌散分布的Ti C增強相及α(Ti),Ti2Ni和Ti Ni相組成的基底相組成。不同時間熱處理對涂層顯微組織變化不大;但涂層顯微硬度有所降低,熔覆層平均硬度值從熱處理前的782HV0.1分別降低到熱處理1h、2h后的710 HV0.1和687 HV0.1;涂層斷裂韌性得以提高,涂層的平均斷裂韌度從熱處理前的2.77 MPa·m1/2分別增加到熱處理1h、2h后的3.80MPa·m1/2和4.43 MPa·m1/2。涂層磨損機制為磨粒磨損,熱處理后涂磨損機制不變,磨粒磨損程度降低,熱處理500℃×1 h后涂層耐磨損性能提高。在鈦合金基體上制備了高硬度的Ni Cr BSi/WC涂層。涂層組織主要包括WC相伴而生的(W,Ti)C、呈枝晶狀排列的Ti C顆粒相及由Ni Ti和Ni3Ti兩種金屬間化合物固溶體組成的基底相。重點分析了涂層在不同溫度熱處理過程中組織演變規(guī)律,經700℃熱處理后,一些富含Ni和Ti的小顆粒相在Ni3Ti基底相上析出,形成顆粒層,隨著溫度的升高,顆粒層有從Ni3Ti向Ni Ti擴散的趨勢。熱處理后涂層硬度和斷裂韌性均有提高。當溫度升高至900℃時,Cr23C6第二相顆粒從Ni Ti金屬間化合物固溶體中析出。涂層硬度900℃熱處理后最大,平均硬度由熱處理前的1142 HV0.1提高到1395 HV0.1。斷裂韌性由熱處理前的3.05提高到5.31 MPa·m1/2。Ni Cr BSi/WC涂層的磨損機理主要有磨粒磨損和剝層磨損,熱處理后涂層兩種磨損程度均有所降低,900℃熱處理后磨損性能顯著提高。進一步分析研究了不同冷卻介質的熱處理對激光熔覆Ni Cr BSi/WC涂層的影響。水冷后涂層組織中Cr23C6析出相含量明顯變少,尺寸也變小,主要分布于Ni Ti固溶體相邊緣;推斷Cr23C6析出相在900℃時析出,并在隨后的冷卻過程中逐步析出或長大。加熱后進行水冷,冷卻速率較大,會造成涂層脆性顯著增加,導致涂層斷裂韌性降低,易在摩擦磨損過程中出現(xiàn)裂紋及剝層現(xiàn)象。
【關鍵詞】：鈦合金 激光熔覆 熱處理 斷裂韌性 耐磨性
【學位授予單位】：上海工程技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4;TG156
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 鈦合金及其表面改性12-14
• 1.2 激光熔覆14-19
• 1.2.1 激光熔覆技術及其應用14-15
• 1.2.2 激光熔覆涂層所存在的問題15-18
• 1.2.3 激光熔覆層的裂紋控制措施18-19
• 1.3 熱處理19-20
• 1.4 熱處理對激光熔覆層組織和性能影響國內外研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4.1 國內研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4.2 國外研究現(xiàn)狀21-22
• 1.5 本課題研究目的、內容及意義22-24
• 第二章 實驗內容24-33
• 2.1 試驗材料24-26
• 2.1.1 基體材料24
• 2.1.2 熔覆粉末材料24-26
• 2.2 試驗流程26
• 2.3 試驗過程26-33
• 2.3.1 激光熔覆涂層制備過程26-28
• 2.3.2 涂層后續(xù)熱處理28-29
• 2.3.3 涂層的顯微組織表征29
• 2.3.4 涂層的X射線衍射物相分析29
• 2.3.5 涂層顯微硬度測量29-30
• 2.3.6 涂層斷裂韌性的測量30-31
• 2.3.7 涂層摩擦磨損性能的表征31-33
• 第三章 不同熱處理時間對鈦合金表面激光熔覆Ni/WC涂層組織和性能影響33-54
• 3.1 引言33
• 3.2 熔覆材料選擇33
• 3.3 激光熔覆工藝參數(shù)33
• 3.4 熱處理工藝33-34
• 3.5 激光熔覆Ni/WC層組織特點及不同熱處理時間的影響34-46
• 3.5.1 X射線衍射分析34-38
• 3.5.2 激光熔覆層組織形貌38-42
• 3.5.3 組織成分分析42-46
• 3.6 不同熱處理時間對Ni/WC激光熔覆層力學性能的影響46-53
• 3.6.1 熱處理時間對熔覆層硬度的影響46-47
• 3.6.2 熱處理時間對熔覆層斷裂韌性的影響47-48
• 3.6.3 熱處理時間對熔覆層摩擦磨損的影響48-53
• 3.7 本章小結53-54
• 第四章 不同熱處理溫度對激光熔覆NiCrBSi/WC涂層組織和性能影響54-72
• 4.1 引言54
• 4.2 熔覆材料選擇54-55
• 4.3 激光熔覆工藝參數(shù)55
• 4.4 熱處理工藝55
• 4.5 激光熔覆NiCrBSi/WC層組織特點分析及不同熱處理溫度的影響55-65
• 4.5.1 X射線衍射分析55-57
• 4.5.2 熔覆層組織特點分析57-61
• 4.5.3 熱處理溫度對熔覆層組織影響61-65
• 4.6 不同熱處理溫度對激光熔覆NiCrBSi/WC涂層力學性能的影響65-70
• 4.6.1 熱處理溫度對熔覆層硬度影響65-66
• 4.6.2 熱處理溫度對熔覆層斷裂韌性的影響66-67
• 4.6.3 熱處理溫度對熔覆層摩擦磨損性能的影響67-70
• 4.7 本章小結70-72
• 第五章 不同冷卻介質對激光熔覆NiCrBSi/WC涂層組織和力學性能的影響72-83
• 5.1 引言72
• 5.2 熔覆材料選擇72
• 5.3 激光熔覆工藝參數(shù)72-73
• 5.4 熱處理工藝73
• 5.5 熱處理不同冷卻介質對激光熔覆NiCrBSi/WC層組織的影響73-76
• 5.5.1 X射線衍射分析73-74
• 5.5.2 熱處理后不同冷卻介質對熔覆層組織影響74-76
• 5.6 熱處理后不同冷卻介質對熔覆層力學性能的影響76-82
• 5.6.1 熱處理對涂層顯微硬度的影響76-77
• 5.6.2 熱處理對熔覆層斷裂韌性的影響77-78
• 5.6.3 熱處理對熔覆層摩擦磨損性能的影響78-82
• 5.7 本章小結82-83
• 第六章 總結與展望83-85
• 6.1 總結83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻85-90
• 攻讀碩士學位期間取得的科研成果90-91
• 致謝91-92

【參考文獻】

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本文編號：625974