钛合金表面激光熔覆原位制备Ti-B-C复合陶瓷涂层质量控制

摘要

本文采用激光熔覆原位合成技术与激光搭接扫描的方法，针对TC4钛合金表面激光熔覆原位制备的Ti-B-C复合陶涂层质量缺陷问题进行了研究。利用OM、SEM、EDS、XRD以及维氏显微硬度计，主要对涂层显微组织、相结构、显微硬度以及表面形貌进行了分析，并初步得到了对涂层质量进行控制的工艺与方法。完成的主要工作和取得的结论如下：
　　（1）分析总结了传统的激光熔覆技术会使熔覆层与基体存在界面结合强度不够与污染等问题，提出了采用激光熔覆原位合成的方法制备金属基复合陶瓷涂层，达到熔覆层与基体具有较好界面结合性能的目的。
　　（2）通过对预置涂层材料以及激光工艺参数的设计与优化，在TC4钛合金基体表面激光熔覆原位制备出了TiC/TiB复合陶瓷涂层。结果表明，熔覆层整体无裂纹、气孔与基体呈较好的冶金结合；激光熔覆层组织细小致密且主要由颗粒状、块状/十字形花瓣状（TiC）以及纤维状（TiB）组织构成；从熔覆层表层到结合区块状/十字形花瓣状组织逐渐减少至消失，而纤维状组织却逐渐增多，且纤维状组织较致密的填充在颗粒状、块状/十字形花瓣状组织之间；熔覆层的显微硬度呈现先递增再缓慢递减的分布变化，熔覆层的最高显微硬度可达1240HV0.2，为TC4钛合金基体的3.5倍，显著地提高了TC4钛合金的硬度。
　　（3）通过激光工艺参数以及激光搭接扫描对熔覆层表面质量影响规律的研究，分析了熔覆层表面形貌的变化情况。结果表明，随激光能量密度的提高，熔覆层的表面形貌逐渐变好，表面平整度逐渐减小；采用激光搭接扫描后，熔覆层的表面形貌更明显地改善，熔覆层表面形貌整体较平整光滑，且已有大部分熔覆层凸起在基体表面。特别地，当搭接率为50％且结合优化的激光工艺参数时，熔覆层的表面质量较为理想。

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第一章 绪论

1.1课题的背景和意义

1.2激光熔覆技术的研究现状

1.3激光熔覆原位制备涂层技术的研究现状

1.4激光熔覆原位制备涂层的质量控制研究现状

1.5本课题研究内容与技术路线

第二章 实验材料与方法

2.1实验材料

2.2实验试样制备

2.3激光熔覆实验

2.4激光熔覆层显微组织与相结构分析

2.5激光熔覆层维氏显微硬度测量

第三章 TC4钛合金表面激光熔覆原位制备TiC/TiB硬质陶瓷复合涂层

3.1引言

3.2钛合金表面原位制备硬质陶瓷复合涂层的材料设计

3.3 激光熔覆层的显微组织特性

3.4激光熔覆层的相结构分析

3.5激光熔覆层的显微硬度分析

3.6本章小结

第四章 钛合金表面激光熔覆原位制备TiC/TiB复合涂层表面质量优化

4.1引言

4.2激光工艺参数对熔覆层表面质量的影响

4.3激光熔覆层表面形貌的成因分析

4.4激光搭接扫描的工艺制定

4.5激光搭接扫描对熔覆层表面质量的影响

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1主要研究结论

5.2主要创新成果

5.3研究工作展望

参考文献

附录

致谢