激光功率对TC4熔覆涂层组织及性能的影响

目的 探究超快激光功率对TC4钛合金表面熔覆TC4粉末复合涂层组织及其性能的影响。方法 用超快激光器在TC4基体上制备TC4合金熔覆层。进行了1 000、1 500、2 000 W 3组功率参数的试验,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、EDS能谱仪、电化学工作站、显微硬度计、摩擦磨损仪,对熔覆层的显微组织、物相结构、耐腐蚀及力学性能进行分析测试。结果 试件的熔覆质量受功率参数的影响,功率较低会导致熔覆层较浅,而功率过高又会导致基体因过烧损坏。3组功率参数下组织分别以细小颗粒胞状晶、细针状树枝晶、粗大树枝晶为主,随着功率的增大,组织开展方向越发规律,同时组织数量和密度都呈下降趋势。激光功率对熔覆层的元素变化影响很小,形成了TiN、Ti2N等硬质相,涂层硬度和抗磨损性能显著增强,硬度最高可达840.5HV。功率为1 000~2 000 W时,磨损性能先增加后降低,功率为1 500 W时抗磨损性能最佳,功率为2 000 W时因功率过高导致抗磨损性能反而比基体更低。同时功率为1 500 W时也具有最高的腐蚀电位和最低的腐蚀电流密度,涂层的耐腐性能最强。结论 合适的扫描功率参数具有最好的熔覆层质量、最佳的硬度和耐蚀耐磨性能。激光功率为1 000~2 000 W时,功率参数P=1 500 W时,熔覆层的综合性能最好。     

激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响

目的 提高TC4钛合金与TiN涂层的结合强度.方法 通过实验研究的方法探索激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响.首先,采用不同激光冲击参数(光斑搭接率、功率密度)对其表面进行前处理.利用Wyko NT 1100型非接触式光学轮廓仪(NCOP)测量TC4钛合金试样的表面几何形貌和粗糙度.利用X350...     

TC4钛合金水下湿法激光焊接焊缝组织与性能

使用光纤激光器对TC4钛合金进行了水下湿法激光焊接试验,通过在TC4表面预置焊接辅助剂实现了增加水下湿法焊接熔深的同时对焊缝进行保护的目的. 对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析,结果表明,预置焊接辅助剂后,焊缝熔深增大,焊接阈值增加,焊缝中裂纹减少. 焊缝中心主要由初生α和马氏体组织α'相组成,在熔池底部还保留有粗大的β晶界,焊缝由于水的急冷作用出现了淬硬组织,显微硬度远高于TC4母材. 水下焊接拉伸试验试件均断裂在焊缝处,焊接接头平均抗拉强度值为439 MPa,呈现为脆性断裂.     

热处理对激光成形TC4合金组织及性能的影响

通过对TC4钛合金激光快速成形件沉积态、去应力退火和固溶时效3种状态下的组织进行对比研究，探索改善TC4钛合金激光快速成形组织，提高材料综合力学性能的途径。结果表明，成形件的组织由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大柱状晶组成，柱状晶主轴垂直于激光束扫描方向或略向光束扫描方向倾斜。原始的柱状伊Ti晶粒的微观组织是由极少量针状α，大量的魏氏α板条和一定体积分数的板条间声相组成。沉积态试样经退火处理后α板条有粗化趋势，性能改善不明显，塑性有所提高；经固溶时效热处理后可得到等轴α，网篮α和转变β相的三重混合组织，晶界α相被不同程度地破碎，甚至消失，塑性有明显提高，且强度降低不大，具有良好的综合力学性能。     

TC4钛合金的激光快速成形特性及熔凝组织

在惰性保护气氛中对TC4钛合金的激光快速成形特性进行了试验研究。结果表明,虽然影响TC4钛合金激光快速成形的工艺参数较多,但其作用是通过对激光沉积特性的影响来体现的。显著影响成形过程沉积特性工艺参数主要包括单层熔覆厚度、单道熔覆宽度、Z轴的单层行程ΔZ和多道间搭接率,必须对其进行严格控制。成形件的熔凝组织由细小的针状马氏体α′和原始β晶界组成,各层之间为致密的冶金结合。和锻造TC4钛合金相比,激光快速成形过程的快热快冷使α—Ti固溶体的固溶度增大。     

热处理对激光沉积TC4组织和性能的影响

通过对激光沉积TC4钛合金沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。研究结果表明,沉积态试样在970 ℃热处理后初始连续的晶界α相已经彻底破碎;随着固溶时间的延长,球状α相进一步长大且增多,α板条充分生长且显著增大;在970℃固溶2h后再进行时效热处理后,组织是一种由等轴α,网篮α和转变β相构成的三重混合组织,使得组织参数达到最优化。与沉积态和退火态相比,固溶时效处理后的试样,由于组织中的等轴组织起着变形协调的作用,网篮组织可以降低位错的塞积作用进而提高塑性,使得塑性有很大的提高且强度又降低不多,综合力学性能得到显著的提高。激光沉积制造TC4钛合金的沉积态、退火态、固溶时效态和固溶态（固溶温度相同）的显微硬度依次升高,但是当固溶温度进一步提高至相变点以上进行热处理时,由于再结晶后的晶内组织发生了重排,试样的显微硬度将会明显下降。     

热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响

研究了不同热处理条件下TC4合金的微观组织和力学性能.结果表明,退火处理后,组织由α相与α相晶粒间弥散的细小等轴状β所组成,强度、硬度降低,韧性提高;在TC4两相区进行固溶处理,初生α相含量减少,形成了针状的马氏体α"组织,β相则由细小的等轴状逐渐转变为层片状,使得合金强度、硬度提高,伸长率呈下降趋势;时效处理后,针状的马氏体α"和亚稳态的β相将发生分解,转变成稳定的弥散的α相和β相,使合金综合性能得到改善.     

TC4薄板激光焊接温度和接头微观组织分析

对TC4薄板激光焊接头特征点温度和焊缝微观组织进行了实验研究。结果表明,离焊缝中心越近的特征点峰值温度越高,升温和降温速率越快;焊缝宏观形貌呈锥形;熔合区为针状马氏体α′组成的网篮组织,不同晶粒内的网篮组织具有不同尺寸针状马氏体。热影响区组织为原始α+原始β+细小的针状α′马氏体。沿从母材区到熔合区方向,热影响区内原始α相晶粒先增大再减小直至消失,同时热影响区产生的针状马氏体尺寸不断增大。     

TC4钛合金激光焊接接头组织与性能

分析不同激光焊接工艺参数下焊缝的微观组织特征,并测试焊缝的力学性能.结果表明:TC4钛合金激光焊接焊缝为针状马氏体α'组成的网篮组织和少量α'相;随着焊接热输入量的增加,由于熔池搅拌、焊接应力、合金元素烧损等原因,马氏体的分布更加散乱和密集;焊接工艺参数对焊缝相组成和各相相对含量的影响均不显著.合理的焊接工艺参数下,接头的强度高于母材.     

TC4钛合金表面激光合金化Ti-Al-Nb涂层的研究

以钛铝铌单质元素球磨混合粉末为原料,采用激光合金化技术在TC4钛合金表面成功制备出Ti-Al-Nb合金涂层。分析了涂层的物相组成、组织形貌及成分、显微硬度,并利用YG6球对磨来测试涂层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在激光功率P=1.8 k W,扫描速度V=5 mm/s,光斑直径D=2 mm下制备的涂层整体均匀致密、无裂纹,与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由Ti_3Al、AlNb_2、α-Ti 3种物相组成;Ti-Al-Nb涂层的显微硬度值沿层深方向呈平缓的梯度分布,平均硬度(HV)为5970 MPa,比TC4基体(3600 MPa)提高了66%;涂层平均摩擦系数为0.33,比TC4钛合金(0.45)降低了27%;涂层的磨损体积为0.044 mm3,耐磨性是钛合金基体(0.130 mm~3)的2.95倍。     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

粉体预氧化对NiAl激光熔覆涂层组织和性能的影响

目的 激光熔覆是集节能、环保、减排于一身的低碳技术,能够解决涂层存在的粗大枝晶、较大开裂敏感性及纳米增强颗粒昂贵等难题。方法 借助Al颗粒的易氧化特性,提出一种预氧化气固反应手段,原位制备铝粉表面附着氧化铝的复合型粉体,采用激光熔覆技术将复合粉末制备成冶金涂层,并考察预氧化方法对NiAl涂层组织和性能的改性规律。结果 通过预氧化方法获得了铝粉表面附着氧化铝的复合型粉体,且制备的涂层成形良好、无缺陷;预氧化涂层的枝晶更细小,XRD测试表明预氧化涂层中出现了Al₂O₃。由于预氧化方法带来的细晶强化和第二相强化作用,使得预氧化涂层的硬度在NiAl涂层的基础上提升了约20%,预氧化方法引入的氧促使摩擦界面形成了一层氧化物润滑膜,使得预氧化处理后涂层的摩擦因数降低了约23%,同时耐磨性得到显著提升。结论 采用预氧化方法以低成本原位合成了复合型粉体,通过预氧化方法使涂层实现了从组织结构到性能的良性转变,为推动绿色低碳技术发展,高性能新型粉体的研发,以及NiAl涂层的应用提供一些思路与方法。     

激光熔覆-等离子渗氮制备高氮FeMnCrAl涂层的组织和性能

采用激光熔覆与等离子渗氮相结合的工艺在45钢表面制备了高氮FeMnCrAl涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)及硬度试验等方法研究了高氮FeMnCrAl涂层的显微组织、硬度和耐磨损性能。结果表明,经渗氮处理的FeMnCrAl涂层主要由ξ-Fe2N、ε-Fe3N和Cr2N氮化物以及含氮α-Fe组成,其平均硬度高达1788 HV0.3,从而具有良好的耐磨性,磨损失重下降了约63%。     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能,对MAO涂层进行了激光重熔改性,并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示,重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成,其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成,热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成,重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中,重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体,其磨损机制以粘着磨损为主,并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

TC4钛合金铜镀层的性能*

传统的氰化物镀铜工艺会对环境造成极大的危害,钛合金无氰镀铜技术具有较高的研究价值。采用无氰化物硫酸盐镀铜技术在TC4钛合金表面制备铜镀层,利用扫描电子显微镜和能谱仪对其镀层形貌、成分、结合力、磨损形貌进行分析,并利用电化学方法和摩擦磨损试验研究其抗蚀性与耐磨性。结果表明:无氰化物镀铜技术在TC4钛合金表面电镀铜可获得表面均匀致密,结合力良好的镀层;TC4钛合金表面电镀铜后,摩擦因数由0.520降至0.381,可见钛合金表面铜镀层通过减摩作用能有效的改善和提高其耐摩擦磨损性能。TC4钛合金镀铜和未镀铜表面均存在钝化区,两者维钝电流密度分别为1×10-2 A/cm2和4×10-5 A/cm2,均有较好的抗腐蚀性能,TC4钛合金镀铜后的表面抗腐蚀性能较基体有所降低。     

温度对TC4钛合金磨损性能和摩擦系数的影响

耐磨性较差成为TC4合金用作高强耐腐蚀油管材料的技术瓶颈,采用SEM和EDS等手段对TC4合金在不同温度下的磨损性能进行研究,分析磨损率、摩擦系数和磨痕形貌随温度变化的规律,探讨磨损机理。结果显示:在室温到400℃的温度范围内,与对磨材料GCr15相磨损,TC4合金的磨损程度随温度的升高而减小,磨痕呈犁沟形貌,磨损经历了预磨损和稳定磨损两个阶段,磨损机理在较低温度时为剥层磨损、黏着磨损和疲劳磨损,在较高温度时为剥层磨损、黏着磨损和氧化磨损。     

L-PBF Ti6Al4V的表面氮化处理及腐蚀磨损性能研究

目的 钛合金的耐蚀性能好,但耐磨损性能较差,大大限制了钛合金在许多工业及医学领域的应用。通过对L-PBFTi6Al4V和轧制态Ti6Al4V合金在高纯氮气环境下进行氮化处理,探究氮化处理温度和原始组织差异对氮化处理结果及耐腐蚀磨损性能的影响。根据实验结果讨论不同氮化处理工艺下Ti6Al4V合金的组织演变,以及组织与腐蚀磨损的关系。方法 对轧制Ti6Al4V和L-PBF Ti6Al4V分别进行不同温度下的气体氮化处理,通过显微组织分析、力学性能测试、SEM、CLSM、腐蚀磨损测试等方法系统地研究氮化处理工艺对其耐腐蚀磨损性能的影响。结果 随着温度的升高,氮化物层和扩散层的厚度逐渐增加,氮化物主要由Ti N和Ti2N组成。经氮化处理后,L-PBF Ti6Al4V和轧制态Ti6Al4V合金的氮化物层厚度分别达到10.2、8.23μm,显微硬度分别达到1 251HV0.2、1 290HV0.2。合金的腐蚀磨损性能得到大幅提高,磨损与腐蚀之间的协同作用加速了材料的损失。未处理的Ti6Al4V合金的磨损类型以磨粒磨损为主,而经氮化处理后合金的磨损机制变为磨粒磨损与黏着磨损的组合。结论 轧制态Ti6...