Ti-6Al-4V表面激光熔覆Ti/Stellite6复合涂层的组织与性能

为提高钛合金的耐磨性能,本课题组设计了一种Stellite6和Ti粉的复合合金粉末20%Stellite6+80%Ti,并通过预热和保温处理,在Ti-6Al-4V(TC4)基材上激光熔覆了与基材结合良好的熔覆层,然后对熔覆层的物相、显微组织、元素分布、晶粒尺寸、硬度和耐磨性进行了研究。结果表明:熔覆层中的主要物相为β-Ti和CrTi固溶体,晶粒细小;在保温冷却过程中发生了相分离(β→β′+β);Co、Cr、W等原子的固溶强化、细小晶粒的细晶强化、第二相β′的弥散强化,使得熔覆层的硬度比基材提高了80 HV左右,磨损量减少了38%。

Ti6Al4V合金表面激光熔覆钛基复合涂层的显微组织研究

在Ti6Al4V合金表面预置Ti和Cr3C2混合粉末,采用横流CO2激光进行熔覆试验,制备出了原位自生的TiC颗粒增强的钛基复合涂层。利用SEM、XRD等手段对激光熔覆层的组织、成分、物相进行了分析,测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明,熔覆层不同位置,组织形态不同,TiC在熔覆层表层以树枝晶形态存在,而在熔覆层底部为近球状颗粒。熔覆层与基材之间形成良好的冶金结合。熔覆层显微硬度在600~800HV0.5之间,约为基材硬度的2~3倍。

激光熔覆Stellite6–60WC复合涂层工艺及高温耐磨性

以Co基Stellite6合金与陶瓷(WC)为熔覆粉末,采用激光熔覆技术在沉没辊316L基体添加质量分数为60%的WC粉末,制备Stellite6-60WC熔覆层,分析激光功率、扫描速度、送粉量等工艺因素对熔覆层形貌的影响,确定最优熔覆工艺参数;且对复合涂层的物相、硬度和耐磨性进行研究,探讨熔覆层高温耐磨性能改善的机理。结果表明:激光功率1.5 kW、扫描速度300 mm/min、送粉速率18.8 g/min时,熔覆层表面质量较好,涂层与基体形成良好的冶金结合,表面无裂纹和孔洞;熔覆层的相组成主要为γ-Co,M_(7)C_(3),M_(23)C_(6)(M=Co,Cr,Fe),W_(2)C等硬质相,利于提高熔覆层的硬度,硬度可达736.2 HV,是基体的3.5倍;熔覆层的高温耐磨性优于316L基体,比基体提高了6.1倍,主要是熔覆层多种硬质强化相及未熔的WC颗粒所致。

Ti6Al4V钛合金表面激光熔覆复合涂层的高温稳定性

以30%Al-40%Ni-12%Mo-18%Si(质量分数,%)复合粉末为原材料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备了30Al复合涂层。研究了800℃下保温1、10、30、50 h时复合涂层的物相、显微硬度及显微组织。结果表明:高温热处理前和热处理10 h后,该涂层的物相组成和显微组织基本不变;该涂层的显微硬度仅在保温50 h后下降约100HV0.3。该涂层表现出了良好的高温稳定性。

Ti6Al4V合金激光原位合成自润滑复合涂层高温摩擦学性能

为提高Ti6Al4V合金的高温摩擦学性能,采用激光熔覆技术在其表面原位合成多相混杂金属基高温自润滑耐磨复合涂层,熔覆粉末的成分为Ni60-16.8%TiC-23.2%WS_2(质量分数,下同),系统地研究复合涂层的显微组织、物相结构及其在20,300,600,800℃下的摩擦学性能和相关磨损机理。结果表明:复合涂层的显微硬度(701.88HV_(0.5))约为基体(350 HV_(0.5))的2倍;由于原位合成固体润滑相(Ti_2SC/TiS/NiS/TiO/TiO_2/NiCr_2O_4/Cr_2O_3)和硬质相(W,Ti)C_(1-x)/TiC/Cr_7C_3的协同作用,复合涂层的耐磨减摩性能明显优于基体。随着温度升高,涂层和基体的摩擦因数和磨损率均呈下降趋势,在800℃时复合涂层和基体的摩擦因数分别为0.32和0.43,磨损率分别为1.80×10^(-4),2.92×10^(-5)mm/Nm。在800℃下塑性变形、分层和氧化磨损为基体主要磨损机理,复合涂层以氧化磨损和轻微的黏着磨损为主。

Ti6Al4V合金激光熔覆Co-Cu/Ti_(3)SiC_(2)复合涂层组织与摩擦学性能

为突破Ti6Al4V合金在关键运动零部件的应用限制,提高其耐磨减摩性能并延长稳定服役周期,采用激光熔覆技术成功在其表面制备Co-5%Ti_(3)SiC_(2)、Co-5%Ti_(3)SiC_(2)-10%Cu、Co-5%Ti_(3)SiC_(2)-20%Cu(wt.%)三种配比的复合涂层,系统分析三种复合涂层的微观组织、物相、显微硬度以及室温和600℃下的摩擦学性能和磨损机理。研究发现:Co-5%Ti_(3)SiC_(2)涂层主要由γ-Co固溶体、润滑相Ti_(3)SiC_(2)、硬质相TiC和金属间化合物CoTi;构成,含Cu涂层出现新物相Cu及CuTi_(x)。性能上,复合涂层的显微硬度均得到大幅提高,达到Ti6Al4V基体(370 HV_(0.5))的2.1~2.4倍。室温下,Co-5%Ti_(3)SiC_(2)-10%Cu涂层表现出最好的减摩性能,摩擦因数降低了68.7%;而在600℃下,复合涂层发生严重氧化,形成氧化膜使磨损率降低,其中Co-5%Ti_(3)SiC_(2)-20%Cu涂层磨损率为2.5×10^(-7)mm^(3)/N·m,表现出最好的耐磨性。探索了一类新的耐磨减摩涂层体系,表现出良好的提升效果,并揭示了MAX相与传统软金属之间的协同润滑过程。

Ti6Al4V合金激光熔覆Ti_(3)SiC_(2)增强Ni60复合涂层组织与摩擦学性能

为了提高Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,在其表面利用激光熔覆技术制备出两种不同配比的Ti3Si C2/Ni60复合涂层,分别是5%Ti_(3)SiC_(2)+Ni60(N1)和10%Ti_(3)SiC_(2)+Ni60(N2)(均为质量分数),研究了这两种涂层在室温、300和600℃下的微观组织、显微硬度、摩擦学性能表现及相关磨损机理.结果表明:涂层主要由硬质相TiC/TiB/Ti_(x)Ni_(y),γ-Ni固溶体连续相和润滑相Ti_(3)SiC_(2)组成.N1、N2涂层的显微硬度均为基体(350HV_(0.5))的3倍左右,分别为1101.90HV_(0.5)和1037.23HV_(0.5),在室温、300和600℃下的摩擦系数分别为0.39、0.35、0.30和0.41、0.45、0.44,均小于基体的摩擦系数(0.51、0.49、0.47).N1、N2涂层在室温、300和600℃下的磨损率分别为3.07×10^(-5)、1.47×10^(-5)、0.77×10^(-5)mm^(3)/(N·m)和1.45×10^(-5)、0.96×10^(-5)、0.62×10^(-5)mm^(3)/(N·m),均远小于基体[35.96×10^(-5)、25.99×10^(-5)、15.18×10^(-5)mm^(3)/(N·m)].在本文中Ti_(3)SiC_(2)提高了Ti6Al4V合金的耐磨减摩性能,使得N1涂层表现出更好的减摩性能,N2涂层表现出更好的耐磨性能.室温下,磨粒磨损、塑性变形以及轻微的黏着磨损为两种涂层的主要磨损机理;300℃时,塑性变形、氧化磨损和黏着磨损是N1涂层的对应机理,600℃时出现了三体磨粒磨损;在300和600℃时,黏着磨损、氧化磨损及磨粒磨损为N2涂层的主要磨损机理.

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B_4C涂层的组织结构

选用NiCrBSi及2％民C混粉在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理，使基体中的Ti和B4C发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相，制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层。综合运用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了优化熔覆工艺条件下的NiCrBSi＋B4C激光熔覆层的组织结构与相组成，并对复合涂层进行了硬度测试，结果表明：NiCrBSi＋2％B4C熔覆层的微观组织是在γ—Ni和Ni3Ti＋Ni3B共晶的基体上均匀分布着TiB2、TiC、CrB等相的多元组织，激光熔覆层的硬度比Ti6Al4V基体硬度提高到3～4倍。

不同温度下γ-NiCrAlTi/TiC/CaF_2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以Ti C为增强相、γ-Ni Cr Al Ti固溶体为增韧相、Ca F2为自润滑相的γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层。分别在室温、300℃和600℃时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能,并且讨论了其与对磨球的磨损机理。结果表明:从室温到600℃,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低,该复合涂层具有较好的自润滑耐磨性能;对偶件Si3N4陶瓷球的磨损也有一定程度的降低。600℃时,Ti6Al4V基体的磨损机理为氧化塑性变形,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2磨损机理为润滑转移层的形成。

机械合金化制备Ti-Al非晶复合涂层及其性能研究

采用机械合金化技术于TC4(Ti6Al4V)基体表面成功制备出Ti-Al非晶复合涂层。利用XRD、SEM、EDX等检测手段对涂层的物相组成与显微形貌进行分析,并研究了基体与涂层的显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明,随着球磨时间的增加,涂层的厚度有效增加,组织更加均匀、致密;当球磨时间为6h时,基体表面形成了Ti-Al非晶复合涂层,厚度约185μm,其硬度最大值为HV0.1425,超过基体硬度平均值的两倍;球磨6h所得涂层的摩擦因数有效降低,可使TC4材料的耐磨性显著提高。

添加固体润滑剂WS_2的钛合金激光熔覆高温耐磨复合涂层组织与耐磨性

为提高钛合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了γ-Ni Cr Al Ti/Ti C与γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分析了涂层的物相和显微组织,在球-盘式高温摩擦磨损试验机上测试了不同温度下(室温、300℃、600℃)复合涂层的摩擦学性能。结果表明:激光熔覆的复合涂层与基体呈冶金结合,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C复合涂层主要由硬质相Ti C和γ-Ni Cr Al Ti固溶体组成;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层主要是由硬质Ti C和Ti WC2为耐磨增强相、γ-Ni Cr Al Ti为增韧相、Ti2CS和Cr S金属硫化物为自润滑相组成的高温自润滑耐磨复合涂层。γ-Ni Cr Al Ti/Ti C和γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层的摩擦系数在实验温度下都远低于Ti6Al4V基体;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS表现出良好的高温自润滑减摩性能。

Al(Ni)含量对钛合金激光熔覆AlNiMoSi复合涂层摩擦学性能的影响

研究含Al、Si元素涂层的摩擦学性能可为其应用提供重要的理论参考。以Al、Ni、Mo、Si粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备了Al质量分数分别为20%(Ni的为40%),30%(Ni的为30%),40%(Ni的为20%)的AlNiMoSi复合涂层,分别命名为20Al、30Al、40Al复合涂层。采用XRD、SEM和EDS分析了涂层的物相和显微组织,并测试了复合涂层的干滑动磨损性能。结果表明:20Al、30Al和40Al复合涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.380,0.258,0.325和9.36×10^(-5),8.43×10^(-5),1.05×10^(-4)mm^3/(N·m),30Al复合涂层的磨损性能最好,主要是因为该涂层中TiC和Ti3Al含量较高;20Al和40Al复合涂层的磨损机理主要为黏着磨损和磨粒磨损,30Al复合涂层的磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。

Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层研究进展

Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层能显著提高合金的摩擦磨损、高温抗氧化性能。本文在总结和评述Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层材料体系及性能的基础上,提出了该工艺存在的不足及解决途径,并对其发展进行了展望。

Cu/Mo双涂层改性SiC_f/Ti6Al4V复合材料的界面与性能

采用箔-纤维-箔(FFF)法分别制备无涂层、C涂层和Cu/Mo双涂层改性的SiCf/Ti6Al4V复合材料,对制备态复合材料的力学性能和界面微观组织进行对比分析,进一步研究不同真空热暴露处理对Cu/Mo双涂层改性复合材料的界面微区的影响规律。结果表明,制备态下Cu/Mo涂层比C涂层较好地改善了复合材料的界面组织和性能,且对基体和纤维中元素扩散均具有一定的阻挡作用;求得900℃下SiCf/Cu/Mo/Ti6Al4V界面反应的生长动力学公式为H=1.380t1/2+5.397。

不同载荷下钛合金激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC/CaF_2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以TiC为增强相、γ-NiCrAlTi固溶体为增韧相、CaF2为自润滑相的γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层。分别在轻载(2、3N)、中等载荷(5、6N)和重载(11、12N)时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能。结果表明该复合涂层的摩擦系数及磨损率都随着载荷的增大呈现先减小后略增大的趋势;在中等载荷(5N)下,磨损表面光滑平整,涂层中的润滑颗粒被挤压出磨损表面形成润滑膜,γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低,该复合涂层在中等载荷(5N)具有较好的自润滑耐磨性能。

WS_2含量对钛合金激光熔覆自润滑耐磨复合涂层的影响

以NiCr/Cr3C2-10%WS2、NiCr/Cr3C2-20%WS2、NiCr/Cr3C2-30%WS2合金粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了γ-NiCrAlTi/TiC+TiWC2/CrS+Ti2CS复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了涂层的物相和显微组织。结果表明:激光熔覆的复合涂层与基体呈冶金结合,γ-NiCrAlTi/TiC+TiWC2/CrS+Ti2CS复合涂层主要由硬质TiC和TiWC2为耐磨增强相、γ-NiCrAlTi为增韧相、Ti2CS和CrS金属硫化物为自润滑相的自润滑耐磨复合涂层。随着固体润滑剂WS2添加含量的增加,γ-NiCrAlTi/TiC+TiWC2/Ti2CS+CrS涂层中的金属硫化物体积分数明显增加,复合涂层的磨损率逐渐降低,复合涂层自润滑耐磨性能明显增强。

钛合金表面渗氮层与TiAlN耦合涂层的结构及性能

研究了在钛合金表面渗氮-离子镀TiAlN膜复合处理与单一离子镀TiAlN膜处理工艺对钛合金力学性能、海水环境下的摩擦学的影响。采用SEM S4800、XRD、XPS、纳米压痕仪,观察了薄膜的表面及截面形貌,分析了渗氮后的钛合金表面、单涂层及复合涂层的相组成变化,化学成分和元素价态,测试了两种样品硬度随深度的变化。结果表明,复合涂层中择优取向(200)晶面明显,复合涂层渗氮后基底硬度增加,薄膜硬度下降速度慢,有利于提高涂层的耐磨性,且在海水润滑作用下,短时间摩擦过程中复合涂层的磨损量最小。

氮化物涂层对钛合金抗循环氧化性能的影响

用多弧离子镀技术在Ti6Al4V钛合金表面沉积Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N复合涂层和Ti_(0.6)Al_(0.3)Si_(0.1)N涂层,研究其在550℃～750℃下的抗循环氧化性能。结果表明,TiAlSiN涂层以及Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N复合涂层在550℃和650℃氧化后表面形成薄而连续的保护性富铝氧化膜,显著提高了Ti6Al4V的抗氧化性能。在750℃下,TiAlSiN涂层涂敷的Ti6Al4V依然保持着优异的抗循环氧化性能,而Ti_(0.5)Al_(0.5)N/Ti_(0.7)Al_(0.3)N复合涂层却不能为钛合金提供有效的防护。