H13热作模具钢表面激光熔覆原位合成Cu/TiB_2复合涂层组织与性能研究

在现代的工业生产中,模具扮演着一个非常重要的角色。模具由于一般都在极为严酷的环境条件下工作,因此对模具表面性能的要求非常高,特别是加工金属的冷作模具和热作模具。采用激光熔覆原位合成方法成功制备了Cu/TiB_2复合涂层。原始材料为Ti、B以及Cu粉。实验结果表明,涂层中Ti与B反应合成TiB_2相,并弥散分布于铜基体中,涂层分成3个区域,显微硬度随着涂层深度的增加而降低。高温摩擦磨损实验结果表明,磨痕宽度随着原始(Ti+B)的含量增加有明显下降趋势。

激光表面原位合成TiB_2/Cu复合涂层的性能

应用500 W Nd：YAG固体激光器在纯铜表面原位合成TiB2/Cu复合涂层,测定了熔覆层的显微硬度和导电性,研究了熔覆层的磨损行为和抗电弧烧蚀性能。结果表明,含熔覆层试样的显微硬度由外到里存在明显的梯度变化,其中熔覆层的硬度最高,约为450~490 HV;熔覆层的平均体积导电率约为82.7%IACS,原位合成的细小TiB2相对Cu基体的电导率影响不大;含熔覆层试样的磨损性能明显优于纯铜试样,其主要磨损机制为磨粒磨损;熔覆层内激光原位合成的TiB2颗粒能明显改善Cu基体抗电弧烧蚀的性能。

高速电弧喷涂Fe-TiB_2/Al_2O_3复合涂层的组织及性能

采用低碳钢包覆0～70%TiB2/Al2O3硬质相的粉芯丝材和高速电弧喷涂(HVAS)原位合成MMC涂层,分析和测试了涂层的组织、相组成及耐磨粒磨损性能.结果表明:涂层的性能由其组织和相组成决定,HVAS的非平衡制造过程在涂层中形成多种相:在Fe基固溶体上存在TiB2、Al2O3、FexB及少量的金属间化合物AlFe3和NiAl;随着TiB2及Al2O3在涂层中体积分数的增加,涂层的耐磨粒磨损性能明显提高,磨损质量损失随陶瓷相体积分数的增加呈线性减少;添加合金元素Ni和Al可降低孔隙率,增加涂层耐磨性.使用HVAS方法制备了含TiB2的高性能耐磨复合陶瓷涂层.

原位复合法制备高强高导Cu-TiB_2复合材料

介绍了固-液,固-固,液-液原位复合法制备弥散强化TiB2/Cu复合材料,并归纳总结了弥散强化铜合金的强化机理与导电机制。

TiB_2-TiB/Fe金属陶瓷复合涂层原位合成及显微分析

利用激光熔覆工艺在中碳钢表面制备出原位自生TiB2-TiB/Fe复相金属陶瓷复合涂层,以改善常规材料表面综合使用性能.采用XRD、SEM、EDS、EPMA等手段对复合涂层进行了研究.结果表明:复合涂层主要由(Fe,C)固溶体胞状树枝晶及分布于晶间的TiB2/Fe或TiB/Fe共晶组成,部分Fe2B相也会出现在晶间.涂层成分不同时,陶瓷增强相的含量将发生变化.涂层力学性能较基体有显著提高.

钛合金表面激光熔覆TiB_2-TiC/Ni复合涂层的真空摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备以反应合成TiB2和TiC颗粒为增强相的Ni基复合涂层,利用УТИТВ-100型销-盘摩擦磨损试验机研究了激光熔覆层在真空(10-5Pa)中的干滑动摩擦磨损性能,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了摩擦偶件的磨损表面形貌,讨论了激光熔覆层的磨损机制。结果表明,激光熔覆层的摩擦系数在0.25～0.5之间,明显低于TC4合金的摩擦系数(0.45～0.8),磨损体积约为TC4合金的40%。随法向载荷和滑动速度的增加,激光熔覆层的磨损体积增加,激光熔覆层的磨损机制主要为粘着磨损和粘附转移物引起的磨粒磨损。

纯铜表面激光熔覆TiB_2/Cu涂层的组织及导电性能

为了满足电磁导轨的使用要求,采用激光熔覆技术在纯铜表面通过预置粉的方式制备了不同成分TiB2/Cu涂层,用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析了涂层的微观结构及相组成。涂层由Cu和TiB2两相组成,当TiB2的质量分数分别为0.02,0.05和0.1时,涂层的显微硬度分别约为95HV0.1,105HV0.1和152HV0.1,电导率为22.9MS/m,20.4MS/m和16.4MS/m。涂层与基体呈良好冶金结合,无裂纹存在,TiB2颗粒存在团聚现象,熔覆层组织为外延生长的柱状晶。结果表明,随着TiB2的含量增大,涂层显微硬度升高,涂层的电导率下降。

等离子熔覆TiB_2长条+TiC颗粒多尺度复合强化陶瓷涂层

以Ti、Fe、B4C为初始粉末,采用等离子熔覆的方法,在Q235低碳钢表面获得了Fe基Ti B2长条、Ti C颗粒等多尺度强化相的陶瓷涂层,并分析了涂层的物相组成、组织结构、显微硬度,探讨了物相、组织结构的形成过程。结果表明,涂层主要物相为Ti B2、Ti C、Fe2B、Fe3(C,B)和α-Fe,其中Ti B2主要为长条状,长度为60~74μm,少部分呈近六边形块状,尺寸为4~5μm,而Ti C主要是不规则的多边形细小颗粒,尺寸2~3μm,均匀地分散在涂层中,还有部分Ti C呈枝晶状;涂层与基体之间存在过渡层,涂层与基体之间结合紧密,呈冶金结合;随着等离子束电流的增加,长条状的Ti B2数量减少而近六边形的块状Ti B2数量增加,Ti C枝晶生长更加充分。因Ti B2长条和细小的Ti C颗粒共存,对涂层起到多尺度复合强化作用。

双熔体混合-快速凝固原位生成TiB_2/Cu复合材料的研究

利用双熔体混合-快速凝固的原位反应技术制备了Cu-纳米TiB2复合材料。用XRD、TEM等手段对TiB2/Cu复合材料进行结构分析。研究表明,铜基体中分布着尺寸约40 nm的TiB2颗粒,对Cu基体有良好的增强作用,同时对双熔体混合反应生成TiB2的热力学进行了讨论。

TiB_2/Cu金属基复合材料的研究

重点介绍了非原位复合法与原位复合法制备TiB_2/Cu复合材料的过程及材料性能,归纳总结了纳米弥散强化铜合金的结构特点。

放电等离子烧结制备TiB_2/Cu复合材料的组织和性能

采用放电等离子烧结法(SPS法)制备了不同TiB_2体积分数的TiB_2/Cu复合材料,测试其密度、硬度和导电率,观察其微观组织;利用JF04C型电接触材料性能测试系统探究TiB_2含量和电流对复合材料耐电弧烧蚀性能的影响。结果表明:加入TiB_2增强相后,复合材料中Cu晶粒得到细化;当TiB_2体积分数增至5%时,相比纯Cu,TiB_2/Cu复合材料硬度增加了28%、导电率降低了16%;在电接触试验中,随着TiB_2体积分数增加,触头材料总质量损耗减少;当电流为10 A时,5%TiB_2/Cu触头材料无明显材料转移,当电流大于15 A时,材料明显从阳极向阴极转移,且随电流增大转移量随之增加。

磨损条件对等离子熔覆TiB_2-TiC/Ni复合涂层磨损性能的影响

利用等离子熔覆技术以Q235低碳钢为基体制备了TiB_2-TiC强化Ni基复合材料涂层,涂层中的主要物相为TiB_2、TiC和γ-Ni,硬度达1 050 HV0.5,涂层与基体呈冶金结合状态。分别采用Al2O3陶瓷球和不锈钢球为对摩副,在30、60和120 N磨损载荷下进行往复干滑动摩擦磨损试验。结果表明:Al2O3陶瓷球为对摩副时,低载荷下(30 N)表现为微切削磨损形式;60 N载荷时,出现压实层的结构,降低了摩擦因数,磨损机理转变为粘着磨损的形式;当载荷增加到120 N时,磨损机理为氧化磨损和剥层磨损。而采用不锈钢磨球时,涂层硬度大于对摩不锈钢球硬度,磨球发生剪切破坏,部分转移到涂层表面,相对于Al2O3陶瓷磨副时具有更大的粘着效应,且随着载荷的增大转移量增加,粘着磨损加剧,所以摩擦因数呈现出随着载荷加大一直上升的趋势。

TiB_2-TiC/Ti(C,N)复合涂层的研究进展

TiB2-TiC及TiB2-Ti(C,N)复合陶瓷材料由于系列优异性能而成为理想的金属表面涂层材料。综述了高性能TiB2-TiC/Ti(C,N)复合涂层的涂层复合体系、制备工艺、形成机理等方面的研究成果,展望了该复合涂层材料的应用前景及研究发展趋势,为其在工业领域的实际应用指明了方向。

TiC-TiB_2/Cu复合材料的抗热震及抗烧蚀行为研究

采用SHS/PHIP工艺制备了TiC-TiB_2/xCu复合材料,分析了材料的组成及显微结构,利用等离子火炬加热器考察了材料的抗热震及抗烧蚀性能。结果表明,随着金属Cu含量的增加,TiC-TiB_2/xCu复合材料的抗热震性增强,而抗烧蚀性能降低;在经过15s烧蚀后,材料的质量损失为1.7g,质量烧蚀率为0.11g/s。材料的抗烧蚀机理为耐高温、耐冲刷的高强度陶瓷骨架以及高温下挥发吸热的金属Cu粘接剂,二者的综合作用使材料具有抗烧蚀性。

TiB_2含量对TiB_2/Cu复合材料抗电蚀性能的影响

以纳米级TiB2粉体为增强相,采用粉末冶金法制备了不同TiB2含量的TiB2/Cu复合材料,用JF04C型电接触触点材料测试系统研究了TiB2含量对复合材料抗电蚀性能的影响,并采用扫描电子显微镜观察了复合材料的电弧侵蚀形貌。结果表明:随着TiB2含量的增加,复合材料的燃弧能量逐渐降低,整体抗电蚀性能提高,复合材料表面电弧侵蚀熔化程度减轻。

TiB_2/Cu复合材料作电极点焊镀锌钢板的失效分析

研究了含 Ti B2 为 1.5 %的铜基复合材料 (Ti B2 /Cu)作电极在点焊镀锌钢板时的失效形式 ,结果表明 :Ti B2 /Cu电极在点焊镀锌钢板时的平均使用寿命是 Cu Cr Zr合金电极的 4倍 ,Ti B2 /Cu电极的失效形式主要是表面的合金化 ,少量的细碎翻边、粘附和坑蚀 ,不出现蘑菇状 。

电弧加热器环境下双连续TiB_2-(Cu,Ni)复合材料的发汗冷却行为

采用粉末烧结结合浸渗法制备高体积TiB2含量的双连续81.6%TiB2/(Cu,Ni)复合材料,并利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和物相测定(XRD)对双连续复合材料的微观组织形貌进行了观测,表明复合材料中陶瓷骨架相和金属相在各自空间均形成三维网络结构且界面结合牢靠。用交流等离子电弧加热器对试件表面瞬时加热来考核复合材料的抗热冲击和抗烧蚀行为。结果表明,材料在电弧急剧加热和冷却过程中均没有出现"热裂"现象,烧蚀后材料的微观组织分析表明,金属(Cu,Ni)相在材料烧蚀区-过渡区-基体区存在明显的梯度分布,分析了高温下金属相"发汗冷却"行为和防热机理。

B_4C量对TiC-TiB_2颗粒增强金属基复合材料涂层制备的影响

对Al-B4C体系下B4C的量与原位内生TiC-TiB2颗粒增强金属基复合材料涂层制备之间的关系进行了研究。结果表明,Al:B4C质量比大于9:1可制备出高质量的TiC-TiB2颗粒增强金属基复合材料涂层,提高Al:B4C质量比虽有利于涂层的制备,但不利于涂层中增强相体积分数的提高。Al在涂层制备过程中的作用主要是降低单位体积内参加反应物的量、降低生成TiC-TiB2反应的门槛温度和充当除氧剂的作用,为涂层的制备提供了一种更加便利的途径。

原位增强TiB_2/Al-4.5Cu复合材料的组织与力学性能

通过不同配比的混合盐体系 (K2 TiF6 KBF4 Na3 AlF6 Al 4.5Cu )制备原位增强TiB2 /Al 4.5Cu复合材料 ,分析该复合材料的凝固组织 ,测试其力学性能 ,并与基体合金进行对比。结果表明 :K2 TiF6 KBF4 Na3 AlF6在Al 4.5Cu合金熔体中能够反应生成弥散分布的TiB2 颗粒 ,从而起到细化和强化基体的作用。当K2 TiF6和KBF4混合物加入量w为基体的 2 0 %时 ,复合材料的力学性能最优 ,抗拉强度σb 达到 414 .3MPa ,伸长率δ为 4.2 % ,硬度HB为 13 2 ,分别比基体提高 5 4% ,3 5 % ,40 %。

TiB2颗粒混杂对TiB2/Cu复合材料微观组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺,分别制备了单一粒径TiB2颗粒和混杂粒径TiB2颗粒的TiB2/Cu复合材料,研究了TiB2颗粒混杂（2μm＋50μm）增强对TiB2/Cu复合材料微观组织和性能的影响。结果表明：在TiB2颗粒总含量一定的条件下,与单一粒径TiB2颗粒增强TiB2/Cu复合材料相比,TiB2颗粒混杂增强TiB2/Cu复合材料的综合性能明显提高;当2μm与50μm TiB2颗粒混杂配比为1∶2时,TiB2/Cu复合材料综合性能最佳,硬度和导电率分别为69 HB和85.3%·IACS,相对于2μm单一粒径TiB2颗粒增强TiB2/Cu复合材料的硬度和导电率分别提高了12.2%和4.8%;TiB2颗粒混杂粒径TiB2/Cu复合材料的增强作用来源于获得了均匀致密的微观组织,不同粒径TiB2颗粒在铜基体中更加弥散分布,使得混杂粒径的TiB2颗粒协同增强铜基体作用更加明显,综合性能明显提高。