激光熔覆原位自生Ti(C，N)陶瓷涂層組織性能研究.pdf

1、本文結(jié)合激光熔覆和自生復(fù)合材料制備技術(shù),提出激光熔覆原位自生陶瓷涂層的新方法,并以廉價的氮?dú)狻⑩伔酆褪挤蹫樵?在Ti6A14V合金表面成功制備了以Ti(C,N)陶瓷相為主的復(fù)合陶瓷涂層,結(jié)合X射線衍射(XRD)、光學(xué)金相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀(EDS)等測試分析方法和手段,對熔覆層的物相成分、宏觀形貌、顯微組織及微區(qū)成分分布分別進(jìn)行了分析和討論,并通過顯微硬度測試及摩擦磨損試驗對熔覆層的機(jī)械力學(xué)性能進(jìn)行了

2、分析研究。
　　 (1)根據(jù)吉布斯自由能(Agr)判據(jù),從熱力學(xué)角度分析論證了激光熔覆原位生成Ti(C,N)陶瓷的可行性,并建立了在本試驗條件下Ti與C和N反應(yīng)的熱力學(xué)判據(jù),粗略地闡述激光熔覆過程中Ti(C,N)陶瓷的形成機(jī)理。
　　 (2)工藝參數(shù)試驗表明,激光工藝參數(shù)(如工作電流、離焦量、掃描速度、氮?dú)鈿鈮骸⒚}沖寬度和脈沖頻率等)對原位生成Ti(C,N)有很大影響。
　　 XRD和EDS的分析結(jié)果顯示,熔覆層

3、中主要的物相有TiC0.2N0.8、TiN和部分Ti的氧化物,并且在熔覆層中合金元素Ti、C、N的分布也比較均勻。
　　 結(jié)合OM及SEM分析結(jié)果,對激光熔覆層的凝固行為和組織特點進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明,不同參數(shù)下熔池中的溫度梯度和冷卻速度都有很大差別,因此成分過冷程度也有所不同,導(dǎo)致形成的組織類型、大小和分布也相差很大,但各試樣熔覆層中均以胞狀晶、枝狀晶和等軸晶為主。熔覆層凝固時,首先在熔池與基體的交界面處形核,晶體垂直于交

4、界面向熔池中心方向生長成粗大的枝狀晶,然后固液界面推移到熔池內(nèi)形成細(xì)小的枝晶。
　　 工藝參數(shù)試驗結(jié)果表明,最優(yōu)工藝參數(shù)為:電流取150～200A、離焦量取15mm、掃描速度取2.0～4.0mm/s、氮?dú)鈿鈮喝?.2～0.4MPa、脈沖寬度取3.0ms,而脈沖頻率取為8～15Hz。在以上參數(shù)下,鈦合金表面可生成以TiC0.2N0.8為主的Ti(C,N)陶瓷層。
　　 (3)對熔覆層的顯微硬度及耐磨性能進(jìn)行了測試分析。

5、r>　　 顯微硬度分析結(jié)果表明,熔覆層的顯微硬度普遍是基體顯微硬度的2～7倍,且在縱向呈現(xiàn)出階梯狀分布。在最優(yōu)化條件下,熔覆層的顯微硬度值最高,為1470HV0.2;熱影響區(qū)次之;基體最低,為330HV0.2,熔覆層的硬度提高了4倍。熔覆層的強(qiáng)化機(jī)制主要有細(xì)晶、硬質(zhì)相彌散、過飽和固溶和位錯堆積等。
　　 經(jīng)優(yōu)化的工藝參數(shù)處理后,材料的耐磨性能得到明顯提高。標(biāo)準(zhǔn)試樣的平均磨損量為0.0319g,試驗試樣的平均磨損量為0.0034