激光熔覆原位自生Ti(C，N)陶瓷涂層組織性能研究.pdf

1、本文結合激光熔覆和自生復合材料制備技術,提出激光熔覆原位自生陶瓷涂層的新方法,并以廉價的氮氣、鈦粉和石墨碳粉為原料,在Ti6A14V合金表面成功制備了以Ti(C,N)陶瓷相為主的復合陶瓷涂層,結合X射線衍射(XRD)、光學金相顯微鏡(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械力學性能進行了

2、分析研究。
　　 (1)根據吉布斯自由能(Agr)判據,從熱力學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反應的熱力學判據,粗略地闡述激光熔覆過程中Ti(C,N)陶瓷的形成機理。
　　 (2)工藝參數試驗表明,激光工藝參數(如工作電流、離焦量、掃描速度、氮氣氣壓、脈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。
　　 結合OM及SEM分析結果,對激光熔覆層的凝固行為和組織特點進行了研究。研究結果表明,不同參數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形成細小的枝晶。
　　 工藝參數試驗結果表明,最優(yōu)工藝參數為:電流取150～200A、離焦量取15mm、掃描速度取2.0～4.0mm/s、氮氣氣壓取0.2～0.4MPa、脈沖寬度取3.0ms,而脈沖頻率取為8～15Hz。在以上參數下,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行了測試分析。

5、r>　　 顯微硬度分析結果表明,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。熔覆層的強化機制主要有細晶、硬質相彌散、過飽和固溶和位錯堆積等。
　　 經優(yōu)化的工藝參數處理后,材料的耐磨性能得到明顯提高。標準試樣的平均磨損量為0.0319g,試驗試樣的平均磨損量為0.0034