本文關(guān)鍵詞：Ti6A14V鈦合金表面激光熔覆鎳基復(fù)合涂層及增強(qiáng)機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鈦合金因比強(qiáng)度高,耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)中受到越來越多的重視,然而導(dǎo)熱性差,硬度低、耐磨性差等缺點(diǎn)制約了鈦合金在工程領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。利用表面工程技術(shù)提高鈦合金的表面強(qiáng)硬度和耐磨性,已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文以鎳粉和石墨粉的混合粉為原料粉,應(yīng)用激光熔覆技術(shù)在Ti6A14V鈦合金表面制備鎳基耐磨涂層,進(jìn)一步應(yīng)用超景深金相顯微鏡、電子掃描顯微鏡、能譜分析儀、X射線衍射分析儀、顯微硬度測試計和摩擦磨損試驗機(jī)等設(shè)備表征了涂層的微觀組織和性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)在Ti6A14V鈦合金表面預(yù)置Ni+C混合粉層,利用激光熔覆制備出TiC增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層。涂層的增強(qiáng)相是TiC顆粒相,涂層的基體相是Ni3Ti相和Ti2Ni相。涂層橫截面的微觀分析表明,預(yù)置粉層中的碳原子和熔化基底中的鈦原子在激光熔池中經(jīng)對流傳質(zhì)均勻混合后,合成了TiC增強(qiáng)相。從熔道頂部到底部,TiC相呈現(xiàn)含量增加、顆粒細(xì)化和樹枝晶過渡為胞狀晶的特征。TiC相的形態(tài)和分布與激光熔道橫截面的顯微硬度分布特征相吻合。(2)試驗研究發(fā)現(xiàn),激光功率和掃描速度對熔覆熔道的寬度、深度和質(zhì)量具有關(guān)鍵性作用。隨著激光功率的增加,熔道寬度和深度增大,涂層表面顯微硬度升高。激光功率不變時,激光束掃描速度決定了激光熔池的能量輸入和壽命。通過大量試驗獲得了激光熔覆的優(yōu)化工藝參數(shù)：直徑為4mm的CO2激光光斑,掃描速度為5mm/s,激光功率為2.4kW。進(jìn)一步研究表明,TiC由樹枝狀過渡為胞狀顆粒依賴于預(yù)置粉中的含碳量。(3)激光熔池的冷卻過程分析表明,在凝固過程中,TiC首先析出,其后Ni3Ti析出,進(jìn)而生成Ni3Ti和NiTi共晶。由于NiTi不能穩(wěn)定存在,隨著溫度下降,NiTi又分解為Ti2Ni和Ni3Ti。(4)TiC顆粒相在激光熔道橫截面的組合花樣分析表明,激光熔池的Marangoni對流是激光熔池成分均勻化的關(guān)鍵因素,且對TiC的生長形態(tài)和分布存在重要影響,熔池前端的微觀組織和成分分布也證明了這一點(diǎn)。(5)基于fluent軟件的激光熔池數(shù)值模擬結(jié)果表明：0.2秒之后激光熔池的最大溫度和最大速度趨于穩(wěn)定,熔池幾何尺寸增大速度顯著下降。熔池的最高溫度位于熔池表面中心,最大速度位于熔池表面近邊緣處。數(shù)值模擬激光熔池寬度明顯大于實際試驗熔道寬度,主要源于實際激光熔池表面非平面特征的影響。(6)多道搭接涂層的搭接區(qū)存在TiC相顆粒細(xì)化。依據(jù)搭接區(qū)TiC顆粒的分布形態(tài),可辨認(rèn)按熱搭接方式組裝熔道的搭接次序。搭接涂層與基底的結(jié)合線在搭接區(qū)形成峰狀凸起,凸起峰的夾角隨搭接率的增大而增大。(7)原位自生TiC增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層的“球-盤”式干滑動摩擦磨損實驗結(jié)果表明,涂層主要表現(xiàn)為粘著磨損和磨料磨損,而Ti6A14V鈦合金基體主要表現(xiàn)為犁溝效應(yīng)強(qiáng)烈的磨料磨損。預(yù)置粉料的含碳量增加,涂層在摩擦磨損中的失重質(zhì)量下降,耐磨性提高。
【關(guān)鍵詞】：激光熔覆 涂層 TiC 摩擦磨損 鈦合金
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 第一章 緒論12-33
• 1.1 課題背景及研究意義12-13
• 1.2 激光表面強(qiáng)化技術(shù)研究現(xiàn)狀13-23
• 1.2.1 激光與材料相互作用的基礎(chǔ)理論13-16
• 1.2.2 激光表面強(qiáng)化技術(shù)的特點(diǎn)16-18
• 1.2.3 激光表面強(qiáng)化技術(shù)18-23
• 1.3 鈦合金及其復(fù)合材料23-28
• 1.3.1 鈦合金的特點(diǎn)23
• 1.3.2 鈦基復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)體23-26
• 1.3.3 鈦基復(fù)合材料的力學(xué)性能26-28
• 1.4 原位自生碳化鈦增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的研究28-32
• 1.4.1 原位合成增強(qiáng)體的特點(diǎn)28-29
• 1.4.2 原位自生碳化鈦的研究現(xiàn)狀29-32
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容32-33
• 第二章 鈦合金表面激光熔覆鎳基復(fù)合涂層制備33-51
• 2.1 前言33
• 2.2 試驗原材料及試驗設(shè)備33-36
• 2.2.1 鈦合金基體33
• 2.2.2 粉體材料33-35
• 2.2.3 激光試驗設(shè)備35
• 2.2.4 顯微組織分析儀器35
• 2.2.5 化學(xué)成分分析儀器35-36
• 2.2.6 物相結(jié)構(gòu)分析儀器36
• 2.3 試驗過程36-40
• 2.3.1 粉料的配置、活化與混合36-39
• 2.3.2 粉層鋪設(shè)39
• 2.3.3 激光熔覆試驗39
• 2.3.4 樣品制備39-40
• 2.4 激光熔覆涂層的相分析40-41
• 2.5 激光熔覆涂層的成分分析41-42
• 2.6 激光熔覆涂層橫截面微觀組織分析42-47
• 2.7 激光熔覆涂層橫截面顯微硬度分析47-49
• 本章小結(jié)49-51
• 第三章 工藝參數(shù)對TiC增強(qiáng)鎳基涂層形態(tài)和微觀組織的影響51-72
• 3.1 激光表面加工的工藝參數(shù)51
• 3.2 激光工藝參數(shù)對涂層組織和性能的影響51-59
• 3.2.1 激光工藝對涂層宏觀質(zhì)量的影響51-55
• 3.2.2 激光工藝參數(shù)對涂層橫截面幾何特征的影響55-59
• 3.3 含碳量對涂層組織和性能的影響59-71
• 3.3.1 含碳量對涂層微觀組織的影響60-69
• 3.3.2 含碳量對涂層顯微硬度的影響69-71
• 3.4 本章小結(jié)71-72
• 第四章 激光熔覆鎳基復(fù)合涂層的凝固過程分析72-92
• 4.1 原位自生TiC增強(qiáng)涂層的凝固過程分析72-76
• 4.1.1 TiC原位自生過程的熱力學(xué)分析72-73
• 4.1.2 激光熔覆原位自生TiC增強(qiáng)涂層的凝固過程分析73-76
• 4.2 激光熔池對原位自生TiC增強(qiáng)涂層凝固的影響76-90
• 4.2.1 熔池對流對涂層橫截面幾何形狀的影響77-79
• 4.2.2 激光熔池樣品的制備79
• 4.2.3 激光熔池對流對微觀組織的影響79-90
• 4.3 本章小結(jié)90-92
• 第五章 激光熔池鎳基復(fù)合涂層溫度場和流場的模擬分析92-102
• 5.1 引言92-93
• 5.2 激光熔覆的物理模型93-94
• 5.3 熔覆材料的熱物性參數(shù)94
• 5.4 控制方程和邊界條件94-96
• 5.4.1 激光熔池模擬控制方程94-95
• 5.4.2 激光熔池模擬邊界條件95-96
• 5.5 激光熔覆熔池流動數(shù)值模擬結(jié)果分析96-100
• 5.6 本章小結(jié)100-102
• 第六章 多道搭接鎳基復(fù)合涂層及耐磨性研究102-122
• 6.1 引言102-103
• 6.2 多道搭接原位自生TiC增強(qiáng)Ni基復(fù)合涂層的顯微組織研究103-110
• 6.2.1 多道搭接涂層的表面形態(tài)103
• 6.2.2 多道搭接涂層的截面形態(tài)103-108
• 6.2.3 基于熔道相交的搭接率幾何模型108-110
• 6.3 多道搭接原位自生TiC增強(qiáng)Ni基復(fù)合涂層的顯微硬度分析110-113
• 6.4 多道搭接原位自生TiC增強(qiáng)Ni基復(fù)合涂層的耐磨性測試113-114
• 6.5 多道搭接涂層的摩擦磨損特征114-118
• 6.6 多道搭接涂層的摩擦磨損機(jī)理118-121
• 6.7 本章小結(jié)121-122
• 第七章 結(jié)論與展望122-124
• 7.1 結(jié)論122-123
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)123
• 7.3 展望123-124
• 參考文獻(xiàn)124-131
• 致謝131-132
• 在讀期間發(fā)表的論文132

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 張平;馬琳;趙軍軍;原津萍;胡家?guī)?;激光熔覆數(shù)值模擬過程中的熱源模型[J];中國表面工程;2006年S1期

2 黃鳳曉;江中浩;劉喜明;;激光熔覆工藝參數(shù)對橫向搭接熔覆層結(jié)合界面組織的影響[J];光學(xué)精密工程;2011年02期

3 余菊美;馮向華;梁二軍;晁明舉;;多道搭接對激光熔覆層組織及硬度的影響[J];激光雜志;2007年05期

4 王恒海;虞鋼;黨剛;何秀麗;;沖壓模具激光表面強(qiáng)化的搭接工藝研究[J];材料熱處理學(xué)報;2008年06期

5 王華明,于利根,李曉軒,蔣平;MC碳化物準(zhǔn)快速凝固形態(tài)與生長機(jī)制研究[J];金屬學(xué)報;1999年12期

6 張松,張春華,吳維鈸,王茂才;Ti6Al4V表面激光熔覆原位自生TiC顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料及摩擦磨損性能[J];金屬學(xué)報;2001年03期

7 陳瑤,王華明;MC型碳化物的穩(wěn)態(tài)/非穩(wěn)態(tài)凝固轉(zhuǎn)化機(jī)制[J];中國有色金屬學(xué)報;2002年02期

8 郭純;周健松;陳建敏;;鈦表面激光熔覆原位制備Ti_5Si_3涂層結(jié)構(gòu)及摩擦學(xué)性能[J];無機(jī)材料學(xué)報;2012年09期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙海玲;激光熔覆熔池溫度場和流場的數(shù)值模擬[D];燕山大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：Ti6A14V鈦合金表面激光熔覆鎳基復(fù)合涂層及增強(qiáng)機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：319761