激光近凈成形TC4-ZrO2梯度材料實驗研究.pdf

1、TC4鈦合金具有比強度高、屈強比高和耐腐蝕性能好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空航天、核能化工、電力工業(yè)和海洋工程等領(lǐng)域。然而，其本身也存在諸如耐磨性較差、表面硬度較低和耐高溫氧化性較差等缺點，難以在高溫和強摩擦環(huán)境下長期使役。ZrO2陶瓷作為性能優(yōu)良的涂層材料，具有良好的耐磨性、耐高溫性能及較高的熱膨脹系數(shù)。在TC4表面熔覆ZrO2有利于提升TC4的使役能力。然而，由于兩者熱物性參數(shù)存在差異，直接結(jié)合必然產(chǎn)生較大的結(jié)合應(yīng)力，導(dǎo)致陶瓷涂層開裂。T

2、C4與 ZrO2梯度結(jié)合有利于緩解兩者直接結(jié)合帶來的結(jié)合應(yīng)力。此外，金屬陶瓷功能梯度材料既保留了金屬材料塑韌性好的特點，又能兼具陶瓷材料硬度高的優(yōu)勢，因此可以有效保證構(gòu)件在復(fù)雜環(huán)境下的長期可靠使役。
　　為了得到結(jié)合性能良好的金屬陶瓷梯度材料，本文利用激光近凈成形技術(shù)，針對不同的材料成分比例使用優(yōu)化的工藝參數(shù)，成形出表面質(zhì)量良好、結(jié)合性能優(yōu)良的TC4/ZrO2功能梯度材料，并對成形件進行工藝參數(shù)探索、微觀組織分析和力學(xué)性能檢測。利

3、用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能量色散譜儀、顯微硬度計和摩擦磨損試驗機等設(shè)備對不同成分比例 TC4/ZrO2材料的微觀組織、元素過渡和力學(xué)性能進行檢測。揭示不同成分下復(fù)合材料微觀組織演化機制，及其對梯度結(jié)合可靠性及力學(xué)性能的影響機理。具體研究內(nèi)容如下：
　　（1）針對三種不同掃描路徑成形的TC4方塊樣件，研究成形路徑對成形樣件表面質(zhì)量和宏觀形貌的影響。探究成形不同 TC4/ZrO2比例樣件的優(yōu)化工藝參數(shù)，通過降低掃描速度的方式抑制

4、樣件熱裂紋的產(chǎn)生，最終得到表面質(zhì)量和宏觀形貌良好的不同比例成形樣件。
　?。?）對不同成分比例的TC4/ZrO2復(fù)合材料進行XRD物相分析、光學(xué)顯微分析、SEM形貌分析、EDS元素分析，對其物相的變化規(guī)律進行以及成因分析總結(jié)，對其晶粒形態(tài)的變化以及元素的分布情況進行研究歸納，分析微觀組織特征對功能梯度結(jié)合及材料性能的影響規(guī)律。
　?。?）成形了功能梯度方塊與直接結(jié)合方塊兩種樣件，對比分析沿梯度方向兩者不同成分過渡區(qū)微觀組織形