鈦合金因為遠(yuǎn)優(yōu)于其他輕量化材料的比強度和優(yōu)異的力學(xué)性能,成為汽車輕量化材料的重要選擇,被廣泛應(yīng)用于汽車、航天航空和船舶海洋等領(lǐng)域。激光熔覆可以顯著提高車用鈦合金表面的耐磨性能和耐蝕性能,推動其在汽車工業(yè)的進一步發(fā)展應(yīng)用。本課題針對鈦合金在汽車服役環(huán)境下的磨損和腐蝕失效問題,選擇Co基粉末Co07作為激光熔覆試驗所用材料,在鈦合金表面進行激光熔覆制備Co基覆層來提升其耐磨耐蝕性能,延長其在車輛服役環(huán)境下的使用壽命。本文主要研究內(nèi)容包括車用鈦合金覆層的工藝優(yōu)化、車用鈦合金覆層常溫和高溫摩擦磨損分析、車用鈦合金覆層耐蝕性能分析、車用鈦合金微觀組織、物相組成和元素分布分析,最后課題研究了掃描速度變化對車輛服役環(huán)境下覆層性能的影響。首先,使用正交試驗法和正交矩陣分析法,以稀釋率和顯微硬度作為水平指標(biāo),進行電流、脈寬和頻率的激光器工藝參數(shù)優(yōu)化,并使用最優(yōu)參數(shù)制備車用鈦合金覆層。其次,分析覆層的車輛摩擦和腐蝕服役環(huán)境。使用摩擦磨損試驗機對車用鈦合金覆層進行常溫和高溫摩擦磨損試驗。從常溫及高溫摩擦磨損系數(shù)和失重方面對比分析車用鈦合金及其覆層耐磨性能,使用場發(fā)射掃描電鏡對車用鈦合金覆層摩擦磨損形貌及其元... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

中國汽車發(fā)展現(xiàn)狀圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-影響部件正常服役情況，而摩擦磨損帶來的摩擦副服役表面材料大料脫落也會造成摩擦部件失效情況。圖1-2鈦合金管道腐蝕失效[21]表面改性技術(shù)可以快速有效地提高車用鈦合金表面的耐磨性能和耐蝕性能，延長其使用壽命，是解決其失效問題的重要手段。車用鈦合金表面改性的目的是制備耐磨性能和耐蝕性能優(yōu)異的覆層，以延長其在車輛服役環(huán)境下的工作壽命。車用鈦合金表面改性技術(shù)包括氮化[23]、滲碳[24]、電催化氧化[25]、物理氣相沉積[26]、化學(xué)氣相沉積[27]和離子注入[28]等方式，但是這些方式存在滲層氮化層不均勻，電催化反應(yīng)效率低下，沉積層與車用鈦合金結(jié)合較差，離子注入設(shè)備復(fù)雜昂貴且注入層較淺等諸多缺點。而激光熔覆可以在車用鈦合金表面制備出致密且性能優(yōu)異的覆層，其覆層與車用鈦合金形成優(yōu)良的冶金結(jié)合，不易脫落，處理能力相對更快，快速加熱、冷卻速率、高熱梯度和快速在凝固速度可以產(chǎn)生致密的覆層，并且可以通過控制工藝參數(shù)和熔覆材料組成制備滿足服役要求的覆層[29]。因此通過激光熔覆在車用鈦合金服役表面制備覆層來提高其表面性能，延長車用鈦合金的服役壽命逐漸成為鈦合金汽車應(yīng)用發(fā)展的重要內(nèi)容。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀況1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)眾多學(xué)者也紛紛將大量科研力量投入到汽車輕量化的研究中，而汽車輕量化材料的應(yīng)用是汽車輕量化技術(shù)的重要方向，也是降低汽車重量最為直接有效的手段[30]。汽車輕量化材料主要包括高強度鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金和復(fù)合材料，而鈦合金因其遠(yuǎn)優(yōu)于其他輕量化材料的比強度和綜合力學(xué)性能受到國內(nèi)汽車行業(yè)科研人員的廣泛關(guān)注[31,32]。鈦合金的表面失效問題一直是限制其在汽車上進一步應(yīng)用的重要問題，通過表面改性技術(shù)改善其表面性能，是解決車?

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-NiCrBSi、TiN和WS2粉末激光熔覆車用鈦合金，制備了原位生成TiS潤滑劑相TiN增強Ni基復(fù)合涂層。結(jié)果表明，與基材（370HV0.2）相比，覆層的硬度（約900HV0.2）顯著提高。這些涂層的摩擦系數(shù)和磨損率已顯著降低，如圖1-3所示。a)摩擦磨損系數(shù)圖b)摩擦磨損深度圖圖1-3不同掃描速度制備的覆層耐磨性圖[43]李眉葭[44]使用Ni60+Ti3SiC2粉末在車用鈦合金上成功制備耐磨減摩覆層，并對稀土CeO2的添加對覆層性能的影響進行探究，覆層主要由Ti3SiC2、TiC和TiB等Ti的化合物組成，該覆層的摩擦系數(shù)和磨損量均遠(yuǎn)低于車用鈦合金，而稀土的加入明顯提高覆層的顯微硬度，但是并未考慮覆層在磨損產(chǎn)生后在腐蝕服役環(huán)境中的耐蝕性問題。張紅霞[45]使用Ti-Al-Si作為熔覆材料，在車用鈦合金表面制備高硬度的耐磨復(fù)合陶瓷覆層，并添加TiC和Y2O3粉末來能提高覆層的耐磨性能，并探究高溫對覆層耐磨性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，覆層磨損量逐漸增大。余鵬程[46]在車用鈦合金表面成功制備NiCrAlSi和NiCrAlSiC復(fù)合覆層，平均顯微硬度為覆層的2-3倍，并對其常溫和高溫摩擦學(xué)性能進行分析，覆層的高溫耐磨性能為基體的2倍，而Si含量對覆層的耐磨性至關(guān)重要。車用鈦合金表面激光熔覆Co基粉末極易形成TiCo系金屬間化合物，而CoTi金屬間化合物可以有效提高覆層的耐磨性能。XueY等[47]成功制備主要含CoTi和CoTi2相的TiCo合金，并將其與耐磨性能優(yōu)良的硬化高速鋼W18Cr4V和軸承鋼1.0％C-1.5％Cr在同樣試驗條件下進行摩擦磨損試驗分析比較其耐磨性能。CoTi合金的磨損質(zhì)量損失和磨損體積損失率均顯著低于兩種參考材料。張珊[48]在車用鈦合金表面成功制備CoCrWBSiNiC鈷基覆層，Co基粉末與TC4粉末的熔點密度和熱膨脹系數(shù)相近，獲得含有CoTi硬?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]預(yù)置粉末成分對激光熔覆Ti合金復(fù)合涂層組織與性能的影響[J]. 鄭強,張有鳳,任江偉,孔海娟.  金屬熱處理. 2019(03)
[2]兩步式約束粒子群優(yōu)化算法及其在新能源汽車輕量化設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 李澤陽,劉釗,朱平.  汽車工程. 2019(01)
[3]基于高強鋼與材料填充的白車身耐撞性輕量化設(shè)計[J]. 姚宙,郝玉敏,李亦文,李紅建.  機械強度. 2019(01)
[4]汽車輕量化材料及連接技術(shù)現(xiàn)狀分析[J]. 孫建亮,王立新,康醫(yī)飛,張瑾.  汽車實用技術(shù). 2018(24)
[5]鈦合金齒輪的表面處理與應(yīng)用[J]. 李爭顯,姬壽長,王彥峰,王浩楠,劉林濤,杜繼紅,駱瑞雪,張寶坤.  鈦工業(yè)進展. 2018(06)
[6]激光熔覆對鈦合金性能的影響[J]. 唐洋洋,袁守謙,楊潘,楊柳,馮璐.  特種鑄造及有色合金. 2018(11)
[7]汽車車身鋁合金連接技術(shù)綜述[J]. 李勇,宋筠毅,程德富,章敏,周宇斌.  汽車工藝師. 2018(11)
[8]汽車輕量化對金屬材料的需求[J]. 樸明洙,金妍青.  石油商技. 2018(05)
[9]新能源汽車鋁合金沖壓輕量化技術(shù)[J]. 張生林.  設(shè)備管理與維修. 2018(17)
[10]某商用車發(fā)動機排氣門磨損失效分析[J]. 張薇,柳超,李文平,劉瑤.  汽車工藝與材料. 2018(08)

博士論文
[1]鈦合金表面激光熔覆陶瓷Ti-Al-Si復(fù)合涂層的組織結(jié)構(gòu)與耐磨性[D]. 張紅霞.山東大學(xué) 2016

碩士論文
[1]稀土氧化物CeO2對H13鋼激光熔覆鈷基合金組織和性能的影響[D]. 魏銘.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]合金鋼制動盤材料的摩擦及表面損傷研究[D]. 郭紅偉.北京交通大學(xué) 2018
[3]TC4表面激光熔覆耐磨涂層組織結(jié)構(gòu)及性能的研究[D]. 林熙.天津工業(yè)大學(xué) 2018
[4]TC4激光熔覆Ni60Ti3SiC2自潤滑涂層的研究[D]. 李眉葭.天津工業(yè)大學(xué) 2018
[5]H13鋼表面激光熔覆Co基合金覆層組織與性能分析[D]. 許國敬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[6]激光合金化制備TC4鈦合金抗高溫氧化及耐磨復(fù)合涂層性能研究[D]. 韓杰閣.華中科技大學(xué) 2017
[7]關(guān)于燃?xì)獍l(fā)動機氣門及其座圈使用壽命提升的研究[D]. 劉慶雷.山東大學(xué) 2017
[8]H13鋼表面激光熔覆CoCrFeNiSiB非晶覆層的組織與性能研究[D]. 田澤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[9]Ti6Al4V合金表面激光原位合成耐磨及高溫抗氧化復(fù)合涂層性能研究[D]. 余鵬程.蘇州大學(xué) 2016
[10]鈦合金激光熔覆鈷基涂層的制備及數(shù)值模擬[D]. 張珊.大連理工大學(xué) 2015



本文編號：3262485