机械合金化法制备Ti-Al、Ti-Al-Cr非晶复合涂层及其晶化研究

摘要

本文利用机械合金化法常温下在TC4基体表面制备了Ti-Al、Ti-Al-Cr两种非晶复合涂层，并对最佳工艺参数下的非晶复合涂层试样进行了晶化处理。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）等对非晶复合涂层进行表面物相测定、显微组织观察及化学成分分析，并通过显微硬度测试、摩擦磨损及划痕实验等方法测试了非晶复合涂层的相关性能。
　　研究表明，Ti-Al、Ti-Al-Cr两种非晶复合涂层的最佳工艺参数为转速400r/min、时间12h，在此工艺参数下可分别形成厚度为~200μm、~180μm且性能优良的非晶复合涂层，两组涂层的最大显微硬度分别可达580HV0.1、670HV0.1，摩擦因数较稳定地保持在0.2~0.3之间，涂层的临界失效载荷分别为41.15N和45.1N，都可满足实际滑动磨损工况的应用需求。
　　最佳工艺参数下制备的Ti-Al、Ti-Al-Cr非晶复合涂层的晶化实验表明，在400℃处理后，涂层部分晶化，两组涂层形成的新相均为Ti和Al3Ti；700℃处理后，涂层全部晶化，Ti-Al涂层除形成Ti3Al相外，也有TiO杂质相出现，而Ti-Al-Cr涂层则全部转化为AlCr2和Al2Ti两相，此时，涂层与基体之间有明显的扩散区，涂层组织也变得更加致密与均匀，涂层临界失效载荷分别为75.2N和70.5N。同时，两组涂层在700℃条件下氧化100小时后，平均氧化增重分别为3.4mg/cm2与2.6mg/cm2，均小于同条件下的基体增重，因此涂层对基体可起到一定保护作用。
　　最后，本文系统探讨了机械合金化中，合金粉末形成非晶的合成方式、热力学、动力学条件以及Ti-Al非晶复合涂层的成形机理。认为Ti-50at.％Al在球磨过程中应先形成固溶体再转化成非晶；Ti-Al非晶复合涂层的形成反复地经历了“冷焊—变形—断裂”的物理行为；随着球磨时间的增加，涂层厚度先增加后减小，并最终趋于稳定。

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图表清单

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2非晶合金概述

1.3机械合金化概述

1.4本文主要研究内容

第二章 实验装置及实验方案设计

2.1实验设备

2.2实验材料

2.3试样制备与实验步骤

2.4研究方法与手段

第三章 机械合金化法制备Ti-Al非晶复合涂层及其性能研究

3.1 实验过程及参数设计

3.2 Ti-Al非晶复合涂层显微组织与成分分析

3.3 Ti-Al非晶复合涂层性能分析

3.4 本章小结

第四章 机械合金化法制备Ti-Al-Cr非晶复合涂层及其性能研究

4.1 实验过程及参数设计

4.2 Ti-Al-Cr非晶复合涂层组织与成分分析

4.3 Ti-Al-Cr非晶复合涂层性能分析

4.4 本章小结

第五章 Ti-Al、Ti-Al-Cr非晶复合涂层的晶化及性能研究

5.1 实验过程

5.2 Ti-Al、Ti-Al-Cr非晶复合涂层晶化后的显微组织与成分分析

5.3晶化后Ti-Al、Ti-Al-Cr涂层的性能分析

5.4本章小结

第六章 机械合金化法制备非晶及非晶复合涂层成形机理探讨

6.1机械合金化非晶合成方式

6.2机械合金化制备非晶的热力学条件和动力学条件

6.3机械合金化法制备Ti-Al非晶复合涂层形成机理探讨

6.4 本章小结

第七章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文