Study on the interface of direct hot rolling titanium-clad steel plates

In this study,the interface characteristics of a direct hot rolling titanium-clad steel plate were analyzed, and the mechanism of interface cracking was explored. The detrimental effect from the formation of TiFe ,TiC,and a Si-enriched layer on the bonding strength was clarified, and an industrial-scaled titanium-clad steel plate with shear strength over 200 MPa was produced with a carefully set schedule accordingly. It was found that hot rolling titanium-clad steel plates had a flat interface without obvious cracks. In the rolling process,both Ti and Fe atoms interdiflhsed,but Fe difthsed much faster than Ti. The Fe-diffused area consisted of three regions. After a high temperature heat treatment, the diffusion depth of Fe and Ti elements increased significantly and evident Si segregation and TiFe layers were identified. Thermal cracking initiated in the Si segregation layer and then propagated along the TiFe layer and Fe-diffused layer on the titanium side.

TC4表面激光熔覆硬质复合涂层组织与性能

TC4凭借比强度高、耐腐蚀性好、质量轻等一系列优点,被广泛应用于航空航天领域,但其摩擦系数大、耐磨性差等缺点极大地限制了其应用范围,针对TC4硬度低、耐磨性差等缺点,采用4 kW大功率Laser4000半导体激光器,选用过渡族难熔碳化物HfC、TaC和ZrC作为增强相,以H13钢基粉末作为基粉,利用激光熔覆技术在TC4表面制备了不同比例的钢基金属-陶瓷硬质涂层。之后利用扫描电镜(SEM)、EDS能谱仪、D/max-2500/PC型X射线衍射仪(XDR)等试验手段对不同比例涂层的宏观形貌、显微组织、物相组成和涂层元素分布等进行对比分析,利用Qness型号维氏显微硬度计测试涂层硬度并分析熔覆试样截面微观硬度变化规律,利用MMU-5G型端面摩擦磨损试验机研究了不同材料组分涂层的摩擦磨损性能,研究结果表明:试件熔覆层与基材形成了良好的冶金结合,熔覆层组织形态主要以枝晶组织以及块状组织为主,各熔覆层的主要物相中均含有TiC,随着三元陶瓷粉末含量的增加,MC的含量也随之增加,当碳化物混合粉末添加量为15%(质量分数)时,熔覆层中检测到Hf_(0.8)Ta_(0.2)Fe_(2)三元合金相。当三元陶瓷粉添含量为10%(质量分数)时,熔覆层晶粒最为细小,涂层平均硬度最高,平均硬度约为763.43 HV,是基材硬度的2.29倍,当三元陶瓷粉末含量为5%(质量分数)时涂层的耐磨性最好,相对耐磨性为25%。

开放环境下钛合金激光熔覆的表面色差模型研究

目的选择合适的工艺参数范围,在开放环境下获得性能良好的钛合金激光熔覆层。方法以氧含量衡量熔覆层的氧化程度,研究不同表面色差值下的氧含量的变化规律。以激光功率、扫描速度、送粉速率和气体流量为控制变量,利用分光测色仪检测熔覆层表面色差并以之来量化熔覆层表面颜色,以表面色差作为响应指标,基于响应面法建立熔覆层表面色差与熔覆工艺参数之间的数学模型。结果随着色差值的增加,熔覆层中的氧含量增加。激光功率对色差的影响要大于扫描速度,激光功率越大,色差值越大;低激光功率和高送粉速率可获得较小的色差值;扫描速度和送粉速率的交互作用对色差的影响较小;气体流量的变化对色差的影响较为显著,为了获得较小的色差,可增大气体流量。根据表面色差模型,当激光功率为950~1090W,扫描速度为5~7mm/s,送粉速率为1.15~1.65g/min,气体流量为24~32L/min进行工艺参数组合时,可获得满足熔覆条件的表面色差值。结论可用色差来表征熔覆层表面颜色,极限表面色差值为5.09,并得到了合适的激光熔覆工艺窗口。通过试验验证了模型所得预测值与实测值相吻合,证明了本文研究方法的有效性。

TC4钛合金表面激光熔覆Ti-Al涂层研究

钛合金具有密度低、比强度高和耐腐蚀性强等优异性能,因而被广泛应用于航空航天中,钛合金使用占比成为衡量航空航天设备是否先进的标准之一。由于该合金硬度低、耐磨性差,因此微动磨损成为钛合金零件失效的重要原因之一。为了提高钛合金的抗微动磨损性能,采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备涂层。实验结果表明,激光熔覆Ti-Al粉末能改善TC4钛合金硬度和耐磨性能。

Cu-Ti复合焊料钎焊Si_(3)N_(4)陶瓷/Cu的显微结构和力学性能研究

本研究采用Cu-Ti复合焊料在不同温度和保温时间钎焊了Si_(3)N_(4)/Cu接头,研究了不同钎焊参数对接头显微组织和力学性能的影响。实验结果表明,接头的相组成主要是TiN、Ti_(5)Si_(3)和Cu-Ti化合物。在较低温度(890℃)下,Ti_(5)Si_(3)率先生长,较少的Ti扩散到了Cu里生成Cu_(3)Ti;当延长保温时间或提升钎焊温度(920℃)时,TiN在界面处沉积成薄层,Cu_(3)Ti也转变成了CuTi,同时,Ti_(5)Si_(3)在Cu里也有一定的扩散;当钎焊温度过高(950℃)时,Ti和Si_(3)N_(4)的反应程度较大,Cu-Ti化合物作为反应的中间相被消耗,剥离强度随着温度的升高呈现先升高后下降的趋势。在920℃钎焊60 min的接头中,TiN逐渐剥离出薄层,进一步优化界面组织,接头剥离强度最高,达到16.69 N·mm^(-1)。

TC17钛合金激光熔覆熔池实时监测算法研究

航空发动机钛合金压气机叶片工作时,由于长时间高强度服役和异物损伤,叶片会发生变形、凹痕、磨损、裂纹甚至断裂。激光熔覆技术因其热影响区小、沉积性能好、成形精度和自动化程度高,已经成为叶片修复的重要方法之一。熔池几何特征是影响熔覆质量的关键因素,因此本文针对熔池实时监测,提出了一种基于图像处理的识别测量算法。首先,通过图像掩膜提取ROI区域,再对ROI区域进行伽马变换、阈值二值化实现熔池区域的分割;然后计算轮廓面积特征进行去噪;最后采用AABB包围盒对熔池的几何特征进行提取,实现了熔覆过程中熔池长宽的实时监测。最终通过多参数正交试验,验证算法平均识别误差为0.24 mm。

不同真空度下轧制钛钢复合板的界面氧化行为

采用真空热轧复合技术制备了TA2/Q345R钛钢复合板,通过扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、万能拉伸试验机等分析了不同真空度下轧制钛钢复合板的界面组织和力学性能。结果表明:当复合坯真空度为1 Pa时,钛钢复合板钛复层氧化明显,TA2表面分别产生了10μm的富氧层与硬化层,硬化层硬度约为325 HV;当复合坯真空度为0.1 Pa时,TA2表面部分氧化导致钛钢界面产生约40μm厚的间隙,局部位置还产生了冶金结合;当复合坯真空度达到0.01 Pa时,钛钢复合界面平整连续无缺陷,平均剪切强度约179MPa。综上,0.01 Pa是轧制法制备钛钢复合板的合理真空度。

激光熔覆TF550阻燃钛合金的组织和性能研究

研究了工艺参数对激光熔覆TF550阻燃钛合金成形质量的影响,以及微观组织和力学性能演变规律。结果表明,对试样成形的影响因素主次为激光功率>扫描速度>送粉率。不同激光功率下的激光熔覆TF550阻燃钛合金块体试样顶部及底部均由等轴Prior-β晶粒组成,中间区域为粗大的柱状Prior-β晶粒。随着激光功率的增大,各区域的晶粒尺寸也随之增大。激光熔覆TF550阻燃钛合金试样的显微组织主要由鸡爪状的TiC相、点状的Ti_(5)Si_(3)以及针状的α组成。激光熔覆TF550试样的平均显微硬度均呈现出沉积区>热影响区>基材的规律。激光熔覆TF550试样水平方向的抗拉强度以及屈服强度均略高于锻件,但伸长率仅为锻件的72%,其断口形貌呈现出混合断裂的特征。

TiB_(2)含量对TiB_(x)/Ti合金涂层组织及摩擦学性能的影响

目的在Ti-47Zr-5Al-3V(以下简称T47Z)表面制备TiB_(x)/Ti合金复合涂层,以提高合金的摩擦学性能。方法采用等离子弧熔覆技术在T47Z合金表面熔覆不同配比的(TiB_(2)+Ti)粉末,制备TiB_(x)陶瓷相增强钛合金复合涂层,使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度显微计和UMT-2摩擦磨损试验机对涂层微观组织、硬度及摩擦磨损性能进行测试研究。结果涂层厚度约2 mm,无裂纹、气孔等缺陷,涂层的基体组织为α相,针状、棒状的TiB增强相和颗粒状的TiB_(2)增强相均匀分布于α相中。随着TiB_(2)含量的增加,涂层基体组织无明显变化,增强相的数量增加,尺寸逐渐变大。涂层的表面硬度最高可达893.4HV0.2,约为基体的2.07倍。涂层的耐磨性相较基体均获得不同程度的提升,当TiB_(2)的质量分数为40%时,涂层的耐磨性提升最为显著,相较基体提高了53.7%。T47Z合金的磨损机理为严重的黏着磨损和磨粒磨损。TiB_(2)的质量分数为10%的涂层,其磨损机理以黏着磨损为主,磨粒磨损为辅。随着TiB_(2)含量的增加,涂层的磨损机制逐渐转向磨粒磨损。结论通过控制粉体中TiB_(2)的含量,能够利用等离子弧熔覆技术在钛合金表面制备TiB_(x)/Ti合金复合涂层,尤其当TiB_(2)的质量分数为40%时,涂层的硬度及耐磨性能均获得大幅度提升。因此,运用等离子熔覆技术制备陶瓷相增强金属基复合涂层可切实有效地提高钛合金的硬度及耐磨性能。

钛钢复合板在模拟海水中的表面耐蚀性能研究

采用极化曲线和交流阻抗测试方法,对比分析了爆炸钛钢复合板、增材制造钛钢复合板和去应力增材制造钛钢复合板在模拟海水的3.5%NaCl溶液中的表面耐蚀性能。研究结果表明,钛钢复合板表面钛覆层在3.5%的NaCl溶液中会发生电化学腐蚀,在电化学腐蚀过程中钛覆层表面生成1层稳定的氧化膜,提高其耐蚀性;增材制造复合板和去应力增材制造复合板的腐蚀电流密度和腐蚀速率均低于爆炸复合板,耐蚀性能更优;去应力退火能消除复合板内应力,提高增材制造复合板的耐蚀性能。

以TC4钛合金粗粉为原料不同工艺制备涂层的耐腐蚀与耐磨性能

以粒径为53~106μm的TC4钛合金粗粉为原料,分别采用超音速火焰喷涂、大气等离子喷涂、激光熔覆及对超音速火焰喷涂涂层进行激光重熔等4种工艺在AA1060铝基体和Q235钢基体表面制备TC4钛合金涂层,对比研究了不同工艺下涂层的物相组成、微观结构、耐腐蚀性能与耐磨性能。结果表明:超音速火焰喷涂涂层和大气等离子喷涂涂层主要以α相为主,等离子喷涂涂层还含有一定量的TiO相,这2种涂层与基体的结合方式为机械结合,孔隙率较高;铝基体表面激光熔覆涂层和激光重熔超音速火焰喷涂涂层的主要物相为α相,而Q235钢基体表面则为β相,这2种涂层与基体的结合方式均为冶金结合,结构更加致密,晶粒更加细小,孔隙率极低。大气等离子喷涂涂层的平均硬度可达476 HV,约为超音速火焰喷涂涂层的2倍,激光熔覆涂层和激光重熔超音速火焰喷涂涂层的平均硬度分别超过550,600 HV;Q235钢基体表面涂层的硬度高于铝基体表面的涂层。大气等离子喷涂涂层的平均结合强度均约为30 MPa,比超音速火焰喷涂涂层高30%以上。在质量分数3.5%NaCl溶液中4种涂层按照自腐蚀电流密度从小到大的顺序依次为激光熔覆涂层、大气等离子喷涂涂层、激光重熔超音速火焰喷涂涂层、超音速火焰喷涂涂层。在铝基体表面,激光熔覆涂层的摩擦因数最小,大气等离子喷涂涂层的磨损率最小;在钢基体表面,激光重熔超音速火焰喷涂涂层的摩擦因数最小,激光重熔超音速火焰喷涂涂层和大气等离子喷涂涂层的磨损率相近,且小于其他2种涂层。大气等离子喷涂技术在采用粗粉制备TC4钛合金涂层方面具有最佳的性能与成本优势。

聚酯树脂涂料用金红石型钛白粉的表面改性及性能研究

为提高金红石型钛白粉的在聚酯树脂涂料中的应用性能,采用湿法包膜的方式在二氧化钛表面构筑了三层结构对其进行表面改性,制备了改性钛白粉P-Zr-Al/TiO_(2)。采用X射线荧光光谱(XRF)、透射电镜(TEM)表征了改性钛白粉的结构与性质,并测试了粉体的颜料性质评价其包覆效果。结果表明:当选用六偏磷酸钠作为磷包膜剂以及锆-硫酸的锆包覆工艺时,金红石钛白粉具有较好的光学性质,L^(*)值为98.89、遮盖率为85.52%、吸油量为17.5 g/100 g。同时应用的聚酯树脂涂膜经过240 h曝晒雨淋的模拟环境后,失光率为47.3%,ΔE为0.84,具有较好的耐候性。

汽轮机末级叶片用SP-700钛合金激光熔覆Zr涂层工艺参数优化

采用激光熔覆技术在SP-700钛合金表面制备Zr涂层,研究了扫描速度和送粉器转速对激光熔覆层的形貌影响,以获得最佳工艺。通过光学显微镜表征其搭接宽度、熔厚和裂纹率等特征参数;通过扫描电镜(SEM)分析了不同激光熔覆工艺下渗层组织结构、熔厚及其与基体的结合界面等;利用显微维氏硬度仪、往复式摩擦磨损实验机和激光共聚焦显微镜测试了熔覆层的显微硬度、磨擦因数、磨损形貌和耐磨性等。结果表明:扫描速度为6 mm/s、送粉器转速为4 r/min时,表面成型质量较优,熔厚和搭接宽度处于中等,熔覆层的裂纹率较低;熔层内组织分布均匀,晶体清晰,弥散度低;显微硬度较高,整体相对基体提升了1.8倍;摩擦磨损形貌较好,无明显缺陷,耐磨性较佳。

TC4表面激光熔覆硬质涂层的制备与分析

为解决TC4钛合金硬度低、耐磨性差等缺点,利用激光熔覆技术,采用4 kW大功率Laser4000半导体激光器,在TC4表面制备了以HfC、TaC和ZrC等比例三元陶瓷相(比例分别为0%、5%、10%、15%)为增强相的钛基硬质涂层。熔覆结束后对熔覆件进行切割、打磨、抛光和腐蚀制备金相试样,利用电子显微镜(EM)、扫描电镜(SEM)、EDS能谱仪、X射线衍射仪(XRD)等试验手段对不同材料组分的熔覆涂层进行了宏观形貌、微观组织和性能的对比分析;利用TH120A里氏硬度计测熔覆层的宏观硬度值,利用Qness型号维氏显微硬度计分析熔覆试样截面微观硬度变化规律。研究结果表明:三元陶瓷相的添加,使熔覆层与基材形成了良好的冶金结合,并且基材与熔覆层有着明显的平滑的分界线;熔覆层主要由α+β针状马氏体基体及析出的棒状和块状α相组成,其中添加质量分数为15%的三元陶瓷增强相的涂层熔覆层由块状晶组成,且晶粒最为粗大,添加质量分数为5%和10%的三元陶瓷增强相的涂层,棒状和块状的α相尺寸明显变小,晶粒明显被细化,组织更加均匀致密;熔覆层柱状和块状α相的主要成分为Ti以及微量的Al、Zr、Hf和V元素,涂层的针状马氏体中含有较高的Al、Zr、Ta和V元素,在晶间的黑色β相中含有微量的Zr和Ta元素。测试发现,Hf、Ta元素通常存在于不同的物相中;激光熔覆后的试件的硬度都有所提高,当三元陶瓷添加量的质量分数为10%时,熔覆层晶粒最为细小,分布均匀,硬度最高,达到715 HV,是TC4基材的2.31倍。

TC4钛合金激光熔覆CoNiCrAlY温度场数值模拟

用软件模拟在TC4基体激光熔覆CoNiCrAlY合金粉末温度场分布情况,得到了不同功率及不同扫描速度下的温度分布云图和同一节点温度热循环曲线、温度变化速率曲线,并计算出模拟所得熔池宏观形貌几何尺寸。结果表明:激光行进方向前方的温度梯度更密集,温度的变化速度更快,理论上在功率P=1000 W、进给速度v=5 mm/s、光斑直径d=φ3 mm时模拟过程可获得良好的冶金结合。

钛合金表面难熔陶瓷激光熔覆层的制备及性能

基于难熔合金的设计理论,利用激光熔覆技术,以Ti-6Al-4V为基粉,HfC、ZrC、TaC和NbC这4种粉末为增强相,使用优化后的激光加工工艺参数,在钛合金板上制备了钛基金属-难熔陶瓷复合熔覆层,并通过实验对激光熔覆层的组织和显微硬度进行了分析。结果表明,熔覆层截面组织以不同形态的TiC晶体为主,存在等轴α-Ti和β-Ti组织;加入的陶瓷相颗粒弥散分布在熔覆层中,组织晶粒得到了细化,其细化程度随着过渡金属元素加入比例的增大而增大;添加陶瓷粉末熔覆层的硬度明显高于未加陶瓷粉末的熔覆层显微硬度;随着陶瓷粉末加入比例的增大,硬度逐渐增大,当陶瓷相含量为10%时,熔覆层的硬度最高为675 HV,比基材硬度提高了1.7~2.0倍。

搭接率对激光熔覆TC4合金熔覆层耐腐耐磨性能的影响

为了探究多道激光熔覆搭接率对熔覆层耐腐耐磨性能的影响,采用高功率半导体光纤耦合激光器、以搭接率为变量制备单层多道熔覆涂层,通过分析不同工艺参数熔覆层和基材的硬度曲线、显微组织、极化曲线、摩擦磨损来判断工艺参数与组织和性能之间的关系。结果表明,激光熔覆可以显著提高TC4合金硬度的同时耐磨性能也要优于基材,熔覆层硬度可以达到500 HV左右,相比于基材的硬度提高约25.7%。对激光熔覆TC4合金来说搭接率的变化对内部相的构成无明显的影响,主要由α相和α′相构成,内部可以看到有原始β相晶粒存在,在晶粒内部马氏体组织相互交错呈网篮结构。与基材相比,熔覆层的组织更为细密,具有更好的耐蚀性。

钛合金表面激光熔覆涂层及工艺研究进展

钛合金具有密度低、比强度高等多种优点,但存在摩擦因数高、耐磨性能差、高温易氧化等缺点。激光熔覆技术可根据需求提升钛合金的表面性能,满足不同服役环境下对钛合金零部件的使用要求。为此,重点介绍了钛合金表面激光熔覆材料,包括自熔性合金粉末、陶瓷粉末、金属基陶瓷复合粉末等,讨论了激光熔覆工艺对涂层性能的影响,最后指出了钛合金表面激光熔覆涂层的发展方向:(1)发展新型熔覆层材料体系;(2)优化激光熔覆工艺参数;(3)研发功能梯度涂层。

激光功率对汽车活塞销轴表面Ni-TiN涂层组织结构和性能的影响

采用激光熔覆沉积法在汽车活塞销轴常用的40Cr钢表面制备了Ni–TiN涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、抗剪强度试验机、摩擦磨损试验机等设备研究了激光功率(1.0、1.5和2.0 kW)对Ni–TiN涂层表面形貌、物相组成、显微硬度、抗剪强度及耐磨性的影响。结果表明:当激光功率为1.5 kW时,Ni–TiN涂层组织结构均匀、致密,颗粒细化程度最高,因此其显微硬度和抗剪强度最高,分别约为843.2 HV和802.8 MPa,在摩擦磨损试验中的摩擦因数最小(平均值为0.44)。

钛合金表面激光熔覆耐磨和自润滑涂层的研究进展

钛合金的硬度低、耐磨性差,严重限制了其作为工作部件在摩擦工况下的服役寿命。采用激光熔覆技术在钛合金表面制备耐磨和自润滑涂层可大幅提高钛合金的耐磨性。首先综述了激光熔覆工艺(激光功率、扫描速度、光斑直径、比能量、后热处理、高频振动等)对涂层耐磨性的影响规律;其次,探讨了不同类型硬质相、基体相、自润滑相的特征及其对涂层耐磨性的影响规律;最后,对采用激光熔覆技术在钛合金表面制备的耐磨自润滑涂层进行了总结和展望。