Ti6Al4V合金激光熔覆复合涂层的摩擦学和高温抗氧化性能研究

为了改善Ti6Al4V合金的摩擦学和高温抗氧化性能,预置Ni Cr/Cr3C2-Al-Si复合粉末,采用激光熔覆技术在钛合金表面制备复合涂层。表征了涂层的显微组织结构,测试了涂层的摩擦学和高温氧化性能,并分析了相关机理。结果表明:涂层由Ti C、Ti5Si3和Cr3Si增强相及γ-Ni/Al8Cr5基体组成,平均显微硬度为750 HV0.5,约为Ti6Al4V(360 HV0.5)合金的2倍。室温(25℃)下,由于涂层的高硬度可有效抵抗塑性变形,涂层表现出较好的耐磨性能;高温(600℃)下,钛合金表面生成氧化膜,呈现自润滑效果,而涂层表面产生裂纹,耐磨性能轻微降低。恒温(800℃)氧化32 h后,钛合金表面发生严重氧化腐蚀,而涂层表面生成致密的Al2O3、Ni O和Cr2O3混合氧化物,有效阻止了氧原子的扩散,高温抗氧化性能约为钛合金基体的8.4倍。     

钛合金表面激光熔覆Ti C复合涂层的设计

钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点, 但其硬度低、耐磨性能差, 限制了它在航空工程摩擦构件和生物医学工程上的应用。研究自行设计了3种预涂粉层的成分, 采用HL-5000型横流CO2激光加工机在TC4钛合金表面相应地制备了TiC+Ti、 TiC+Ti+ F102和TiC+ F102 3种熔覆层。通过SEM, EDAX, XRD, HXD-1000TMC型显微硬度计, HT-600型高温摩擦磨损试验机, 分析了熔覆层的显微组织、成分、物相, 测试了激光熔覆层的显微硬度和滑动摩擦磨损性能。结果表明: (TiC+Ti+ F102)和(TiC+ F102)熔覆层有可能用于航空结构材料;而(TiC+Ti)熔覆层有希望用于生物医学功能材料, 但仍需作进一步的研究。     

激光熔覆梯度生物陶瓷涂层的研究

钛合金表面涂覆羟基磷灰石 (HA)用作硬组织植入体 ,既有优良的力学性能 ,又有优良的生物相容性 ,是材料学和生物医学中的研究热点。基于CaCO3 +CaHPO3 ·2H2 O在高温下能反应生成羟基磷灰石 ,以及激光熔覆技术能够制备与基体材料结合良好的陶瓷涂层的事实 ,尝试了利用激光处理在钛合金表面同步合成与熔覆羟基磷灰石生物陶瓷涂层的新技术。实验表明 ,以 80CaCO3 2 0CaHPO3 ·2H2 O ,另加 1%Y2 O3 为原料 ,在功率密度 13～ 15W/mm2 ,扫描速度 6 30mm/min的处理条件下 ,在TC4钛合金表面成功地制备出以羟基磷灰石为主的、具有梯度特征的生物陶瓷涂层。该涂层由表及里钙含量逐渐减少 ,钛、钇递增 ,磷则是先增加后减少 ;致密度由表及里呈现出逐步提高的特征 ;显微硬度则逐渐降低     

激光熔覆稀土生物陶瓷涂层耐蚀性研究

本文研究了激光熔覆生物陶瓷涂层的耐酸、耐碱及耐生理盐液腐蚀性.结果表明,在一定激光熔覆条件下制备的稀土生物陶瓷涂层复合材料比钛合金、未加稀土的涂层材料耐腐蚀能力强.稀土涂层对基体具有保护作用,稀土在涂层熔池内对流扩散混合,弥散分布整个区域,通过细化表层晶粒,提高晶界结合力,降低化学位,来抑制酸、碱及生理盐液的腐蚀.     

激光熔覆生物陶瓷涂层和界面的研究

采用公认的具有生物相容性和生物活性的生物陶瓷羟基磷灰石(HA)、磷酸钙(TCP)等钙磷材料改善金属材料钛合金TC4的表面生物学性能。先用高能激光束辐射预置于钛表面的陶瓷粉末,在金属表面原位合成生物陶瓷成分,再用X-ray表征了涂层材料,测定了涂层与界面的结合强度。结果表明:获得的涂层的成分为生物陶瓷成分,其中的主要成分为羟基磷灰石(HA),涂层与基材获得的界面强度达到42.96Mpa,界面有较好的改善。     

激光熔覆原位合成制备生物陶瓷涂层

激光熔覆直接处理CaHPO4·2H2O与CaCO3的复合粉末,制备出了羟基磷灰石(HAP)生物陶瓷涂层。结果表明,熔覆层组织为粒状的HAP分布于互相搭接的棒状β-Ca2P2O7之中,熔覆层主要物相为β-Ca2P2O7与Ca5(PO4)3(OH)。涂层与基体结合处为平界面外延生长的带状组织,熔覆层中部则为典型的胞状晶,熔覆层表面组织为粒状等轴晶,组织演化决定于激光熔覆时的温度梯度/凝固速度(G/R)的比值。     

激光熔覆生物陶瓷涂层物相分析

用激光熔覆技术在预涂敷于钛合金(TC4)表面的CaCO3和CaHPO4·2H2O以及Ti粉经两次激光熔覆及适当热处理制备了生物陶瓷涂层。通过X射线衍射(XRD)分析可得:过渡层涂层成分主要为CaTiO3,未热处理的陶瓷层成分主要为磷酸四钙(TTCP),热处理陶瓷层涂层主要物相为羟基磷灰石(HA)。研究工艺参数、热处理以及混合粉末配比对涂层物相组成的影响研究可知:工艺参数激光功率对涂层物相的影响大于扫描速度;800℃热处理4h并随炉冷却可以有效提高涂层HA含量;Ca/P2.00配比的混合粉末所制备的涂层HA含量最高。     

TC4激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层实验研究

为提升YSZ隔热涂层的力学性能,阐明其组织形成过程及机理,优化激光加工工艺参数.方法采用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4表面制备了Ti/7 YSZ复合涂层体系;通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征激光熔覆Ti/7 YSZ复合热障涂层的宏观形貌、显微组织、元素分布、物相组成...     

镁合金表面激光熔覆Cu-Zr-Al非晶复合涂层

采用激光熔覆技术在镁合金表面制备了Cu-Zr-Al非晶复合涂层。研究结果表明,非晶复合涂层主要是由非晶及Cu10Zr7和Cu8Zr3相构成,其中非晶相的摩尔分数约为60%。涂层结合区与基体之间的结合形态为非平直晶面型;热影响区由细小的α-Mg -βMg17Al12过饱和固溶体构成;由于高的铝含量增加了热影响区应力腐蚀敏感性,致使在金相腐蚀时其内部局部区域及与熔覆层结合处产生裂纹。在非晶相和金属间化合物复合作用下,复合涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。     

钛合金表面激光熔覆制备低含硅量生物陶瓷涂层

采用5 kW横流CO2激光器对表面预涂覆HA和SiO2混合粉末的TC4钛合金激光熔覆获得低含硅量生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）分析熔覆层的显微组织与物相成分,通过模拟体液（SBF）浸泡实验初步探讨涂层的生物活性,并通过电化学腐蚀中的动电位扫描实验研究涂层在SBF中的腐蚀行为。实验结果表明,低含硅量生物陶瓷涂层与基体呈冶金结合,在SBF中熔覆层的腐蚀电位与基材相比提高了84.4 mV,腐蚀电流密度下降了约6倍,在SBF中浸泡7天后熔覆层表面沉积了大量的类骨磷灰石,熔覆层表现出良好的耐腐蚀性和生物相容性。     

宽带激光熔覆生物陶瓷梯度涂层及其生物活性

为了消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力,提高涂层与基材的结合强度,采用宽带激光熔覆技术,在Ti-6A1-4V合金表面制备含HA+β-TCP的生物陶瓷梯度涂层(HA为羟基磷灰石).利用OM、SEM和XRD对涂层形貌、相组成进行了研究,并通过体外模拟体液浸泡实验考察了涂层的生物活性.结果表明:生物陶瓷梯度涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层3个层次,且各梯度层的结合界面均为良好的化学冶金结合.稀土氧化物La2O3在激光熔覆生物陶瓷过程中具有诱导合成HA-β-TCP的作用,生物陶瓷涂层的生物活性与不同La2O3含量诱导合成HA+β-TCP的数量密切相关.当La2O3含量为0.6 wt.%时,合成HA+β-TCP的数量最多.当La2O3的添加量为0.6 wt.%时,涂层表面形成的类骨磷灰石数量最多:且经14天浸泡后的涂层明显比7天形成的类骨磷灰石数量多.     

钛合金表面激光熔覆NiCrBSi(Ti)-TiC涂层

在TC4合金表面进行了激光熔覆NiCrBSi-TiC,Ti-TiC金属陶瓷复合涂层的试验,对涂层的组织和显微硬度进行了分析和测试。结果表明,NiCrBSi-TiC涂层的组织是在初晶γ-Ni和γ-Ni,Ni3B,M23(CB)6,CrB多元共晶的基底上均匀地分布着TiC颗粒,在激光熔覆过程中TiC颗粒只是边缘发生了溶解或熔化;在Ti-TiC涂层中,TiC颗粒全部溶解或熔化,冷却时以枝晶形式重新析出。NiCrBSi-TiC涂层的显微硬度(HV900～1100)明显高于Ti-TiC的涂层的显微硬度(HV500～700)。     

钛合金表面激光熔覆NiCrBSi-TiC复合涂层的组织研究

采用CO2 激光在TC4合金表面进行了NiCrBSi TiC混合粉末的激光熔覆试验 ,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对熔覆层的组织进行了分析 ,测试了熔覆层的显微硬度。结果表明 ,在优化工艺参数下可获得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层 ,熔覆层由TiC ,γ Ni,M2 3(CB) 6,CrB ,Ni3B等相组成。在激光熔覆过程中TiC颗粒边缘发生了溶解 ,冷却时以细小的枝晶形式析出 ,熔覆层显微硬度的平均值为Hv980。     

钛合金表面激光熔覆Ni-Ti-Cr-C复合涂层组织结构研究

利用横流CO2激光器在TC4表面制备出原位自生TiC陶瓷颗粒增强Ni基复合材料涂层。XRD分析表明:涂层中存在γ-Ni、β-Ti固溶体及TiC为主的陶瓷相。利用SEM、EDS、EPMA对涂层微区组织结构进行了研究。结果表明:涂层内枝晶组织细小均匀,枝晶内和枝晶间存在明显的组织和成分差异。涂层显微硬度比基体显著提高。     

TC4表面激光熔覆Ti-Al-N复合涂层的组织与性能

为了在TC4钛合金表面开发新型MAX相复合涂层,利用激光熔覆在TC4钛合金表面原位合成了含Ti2 AlN MAX相的Ti-Al-N复合涂层,分析了涂层的组织结构特征及硬度分布,研究了复合涂层的原位合成机理.结果表明,不同物质的量比粉体熔覆后的涂层与基体呈现良好的冶金结合,涂层由TiAl基体、Ti2 AlN MAX相和T...     

激光熔覆复合涂层组织性能研究

研究了TC4合金表面激光熔覆WC-12Co/NiCrAlY复合涂层后熔覆层的组织结构、显微硬度、熔覆层深度等。实验结果表明,激光熔覆层在组织结构上分为熔化区、结合区、热影响区。由于涂层中不同部位成分、温度分布及冷却速度不同使初生相呈树枝状、块状、花瓣状及颗粒状等几种形态;实现了涂层与基体的良好冶金结合,熔覆层最高硬度可达1100 HV。利用SEM观察、显微硬度测试等分析手段,研究了激光功率、扫描速度、涂层成分、涂层厚度对熔覆层的显微硬度、熔覆层深度影响。结果表明:在其它条件不变时,随着能量密度的增加,熔覆层的显微硬度下降;随着涂层成分中WC-12Co相对含量的增加,熔覆层的硬度增加,但熔覆层的深度减小;激光能量密度大小对熔覆层中熔化区的深度有较大影响;随着涂层厚度的增加,熔化区的深度在减小。     

Ti811表面激光熔覆复合涂层的微观组织及摩擦磨损性能

通过激光熔覆技术在Ti811钛合金表面制备了Ti基复合涂层,研究了涂层的物相组成、微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能,分析了TiB_2-TiC复合镶嵌结构的形成机理。结果表明:涂层主要由增强相TiC和TiB_2、金属间化合物Ti2Ni以及基底α-Ti组成;TiB_2的(0001)面和TiC的(111)面之间的错配度仅为1.057%,TiB_2可以作为TiC最有效的异质形核的核心,形成TiB_2-TiC复合结构;弥散强化、固溶强化和细晶强化效应使得涂层的显微硬度可达617HV,为Ti811钛合金的1.62倍;涂层具有良好的摩擦磨损性能,磨损体积、磨损深度和平均摩擦因数分别为175×10~(-3) mm~3、80.13μm和0.39,磨损体积较基体约下降了26%。     

宽带激光熔覆梯度稀土生物陶瓷涂层的生物活性

为了减少激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热裂纹, 提高涂层与基材的结合强度, 设计了一种梯度稀土生物陶瓷涂层, 采用宽带激光熔覆技术,在TC4钛合金表面制备了含HA＋β－TCP活性相的稀土活性梯度生物陶瓷复合涂层。利用SEM 、XRD分析手段对涂层形貌、相组成进行了研究; 通过模拟体液(SBF)浸泡实验(浸泡7 、14 d)考察了生物陶瓷涂层的生物活性; 利用电化学分析仪测试了生物活性陶瓷涂层的耐腐蚀性。结果表明, 当稀土氧化物Nd2O3添加量为w(Nd2O3)＝0.6%时, 宽带激光熔覆过程中催化合成HA＋β－TCP活性相的数量最多, 具有优异的表面形貌; 当稀土氧化物Nd2O3添加量为w(Nd2O3)＝0.6%时, 梯度稀土生物陶瓷涂层在SBF中浸泡不同时间点后表面沉积的类骨磷灰石相数量均较未加入Nd2O3的梯度生物陶瓷涂层多, 具有最好的生物活性, 且耐腐蚀性最佳。     

Ti-6A1-4V表面激光熔覆钛基复合涂层的微观组织及形成机制

Titanium matrix composite coatings were fabricated on Ti-6A1-4V substrate by laser cladding using powder mixtures of Ti Cr3C2 and Ti TiB2, respectively. The chemical compositions and mi-crostructures of the coatings were analyzed using scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and X-ray diffraction (XRD). Microhardness was measured by a microhardness tester. The results showed that Cr3C2 particles were dissolved and deposited to form dendritic TiC in the upper section and spherical grain TiC in the bottom of Cr3C2 Ti coating. Most of TiB2 was dissolved in the molten pool by laser irradiation, then formed TiB with fine needles and coarse needles in the TiB2 Ti coating. A few quasi-melted TiB2 particles with irregular shape at the bottom of the coating were observed. The average microhardnesses were approximately HV850-V1000, HV800-V1050 in the Cr3C2 Ti and TiB2 Ti coating, respectively, which were 2-3 times higher than that of Ti-6A1-4V substrate.     

Al2O3纳米复合陶瓷涂层激光熔覆试验研究

本文将等离子喷涂与激光熔覆工艺相结合 ,进行了纳米Al2 O3复合涂层的激光熔覆试验 ,分析了各工艺参数对熔覆工艺的影响 ,研究了熔覆过程中纳米陶瓷材料晶粒生长过程 ,得到了较为合理的纳米Al2 O3激光熔覆工艺。通过SEM、X射线衍射、摩擦磨损试验等手段对得到的复合涂层进行了微观组织、磨损性能等检测。结果表明 :采用优化的熔覆工艺 ,纳米Al2 O3熔覆材料的晶粒生长得到极大抑制 ,保持纳米结构 ,其在复合涂层常规材料表面与空洞间隙中紧密排列 ,极大提高了涂层质量与性能