激光熔覆自生二硼化钛陶瓷涂层的研究

摘要

该文结合激光熔覆和自生复合材料制备技术,提出激光熔覆自生陶瓷涂层的新方法,并成功地在Al合金表面制备了TiB<,2>自生陶瓷涂层.根据激光对材料作用的传热特性,建立了激光熔覆过程传热模型,并计算出激光加工过程中理论所需的工艺参数,为实验提供了理论依据.并指出:在激光加热过程中,基体加热能量约为粉末吸收能量的3倍,所以不能简单地忽略向基体的传热.根据无机热力学数据库,分析了涂层可能生成相热力学形成趋势,论证了经激光熔覆后涂层中TiB<,2>优先形成的可能性,建立了该实验条件下Ti与B反应的热力学判据.建立了TiB<,2>反应生成过程模型:即熔覆粉末吸收激光能量,Ti由于熔点相对较低而首先熔化,熔融Ti液被B颗粒吸附后在B表面反应生成TiB<,2>,接着Ti原子透过TiB<,2>层扩散进一步生成TiB<,2>.对激光熔覆层的凝固行为和组织特性进行了研究.凝固时首先在熔池与基体的交界处开始形核,晶体垂直于交界面向熔池中心方向生长成粗大的枝状晶,而后固液界面推移至熔覆层形成细小的枝晶.TiB<,2>颗粒在熔覆区均匀弥散分布.讨论了激光功率与激光扫描速度对熔覆组织与性能的影响.发现:激光扫描速度对熔覆组织与性能的影响较激光功率对其影响要大,并且实验结果与计算结果基本吻合.对试样进行显微硬度测试发现:显微硬度纵向呈阶梯状分布即熔覆层显微硬度最高,热影响区次之,熔池显微硬度高于基体,基体硬度最低.对多道搭接熔覆进行了初步的研究,从理论上推导出搭接系数的确定方法,根据计算在实验中取搭接系数为0.2取得了很好的效果,并发现多道搭接熔覆的显微组织与显微硬度均呈现周期性地变化.激光熔覆自生陶瓷涂层思想为激光熔覆技术提供了新的途径,为表面强化技术开拓了广阔的应用前景.