7075铝合金表面激光熔覆Ti/TiBCN涂层的组织与性能研究

摘要

铝合金具有密度低、比强度大、塑性韧性好、热膨胀系数低和易加工等诸多优点，广泛应用于汽车、船舶和航空航天等领域，但铝合金硬度低和摩擦磨损性能差限制了其实际应用。因此，采用表面改性技术提高铝合金硬度和耐磨性具有重要的现实意义。本文以7075铝合金为研究对象，使用激光熔覆技术在铝合金表面制备了金属/陶瓷复合涂层以提高其表面性能。
　　研究了工艺参数对7075铝合金表面激光熔覆Ti粉末熔覆层几何特征的影响规律。激光功率、扫描速度、送粉率是影响熔覆层几何特征的三个重要参数。研究表明:熔高的线性拟合关系式是P1/4S-4/5F，相关系数R=0.97。熔宽和熔深的线性关系式分别是P1/3S-1/3和P4/5S-1/3F-1/5、线性相关系数为0.95、0.96。稀释率和润湿角是是否能形成良好冶金结合的重要几何特征值，线性关系式是P1/8S1/5F-1/2和P1/2S-3/4F3/4，相关系数为R=0.95、0.96。绘制出一幅几何特征值与工艺参数之间的总图，阴影部分的工艺参数可以形成良好的冶金结合，选取最佳工艺参数:激光功率1000W，扫描速度3mm/s，送粉率250mg/s。
　　研究了不同TiBCN陶瓷粉末含量对熔覆层宏观形貌、相组成的影响，当TiBCN含量为15wt.％时，研究了熔覆层不同区域的微观组织结构。研究表明:随着TiBCN陶瓷粉末含量的增加熔覆层熔高逐渐降低，当TiBCN陶瓷粉末含量在15wt.％时，熔覆层呈现出较平坦密实的宏观形貌，熔覆层存在大量的TiBCN、TiN、Al3Ti相和少量的Al、Ti相。熔覆层微观组织主要由等轴晶和各向等大的白色板条状晶体组成，过渡区的微观组织由细长的树突晶和部分的白色小颗粒组成，热影响区的组织主要由横向的等轴晶组成，横向的等轴晶富Al。
　　研究了不同TiBCN陶瓷粉末含量对熔覆层显微硬度、耐磨损性和耐腐蚀性能的影响规律。当TiBCN陶瓷粉末含量在15wt.％时，熔覆层平均硬度达到750HV0.2，是7075铝合金基体(～127HV0.2)的5倍，熔覆层TiBCN含量为0wt.％时，比7075铝合金基体腐蚀性能下降，熔覆层TiBCN含量为15wt.％，耐腐蚀性能最好，腐蚀电位达到-1.271V，腐蚀电流密度3.155e-005A/cm2比基体(2.269e-004A/cm2)大一个数量级。随着TiBCN含量的增加，熔覆层平均摩擦系数下降，在相同的磨损条件下，当TiBCN含量为15wt.％时，平均摩擦系数为0.182，磨损损失量为2.4mg，而基体的磨损损失量是8.2mg。7075铝合金表面存在深且宽的凹槽，破坏严重，当TiBCN含量15wt.％时，有浅而细的犁沟和塑性变形。

目录

声明

摘要

1．1 铝及7075铝合金

1．2 常用铝合金表面处理技术

1．2．1 热喷涂

1．2．2 溶胶一凝胶

1．2．3 气相沉积

1．2．4 微弧氧化

1．2．5 阳极氧化

1．2．6 电镀

1．2．7 激光表面改性

1．3 激光熔覆技术简介

1．3．1 激光熔覆技术的发展

1．3．2 激光熔覆的应用领域

1．4 铝合金表面激光熔覆研究现状

1．4．1 自熔性合金粉末

1．4．2 高熵合金粉末

1．4．3 复合粉末

1．4．4 陶瓷粉末

1．5 本文的课题选题意义及研究内容

1．5．1 选题意义

1．5．2 研究内容

2．实验内容及研究方法

2．1 实验材料

2．1．1 基体的选择

2．1．2 熔覆材料的选择

2．2 实验设备

2．3 实验技术路线

2．3．1 激光熔覆实验设计

2．3．2 激光熔覆实验流程

2．4 样品表征

2．4．1 试样制备方法

2．4．2 X射线衍射分析

2．4．3 扫描电镜和能谱分析

2．5 性能测试

2．5．1 显微硬度测试

2．5．2 电化学腐蚀测试

2．5．3 磨损性能测试

3．7075铝合金表面激光熔覆Ti粉末几何特征的研究

3．2 工艺参数对宏观几何特征的影响

3．2．1 工艺参数与熔高的关系

3．2．2 工艺参数与熔宽的关系

3．2．3 工艺参数与熔深的关系

3．2．4 工艺参数与稀释率的关系

3．2．5 工艺参数与润湿角的关系

3．3 最优工艺参数的确定

3．4 本章小结

4．7075铝合金表面激光熔覆Ti／TiBCN复合涂层组织形貌的研究

4．1 引言

4．2 TiBCN含量对熔覆层宏观形貌的影响

4．3 TiBCN含量的对熔覆层相组成和微观结构的影响

4．3．1 TiBcN含量对熔覆层相组成的影响

4．3．2 TiBCN含量对熔覆层微观结构的影响

4．3．3 TiBCN熔覆层显微组织结构分析

4．5 本章小结

5．7075铝合金表面激光熔覆Ti／TiBCN复合涂层性能研究

5．2 TiBCN含量对熔覆层显微硬度的影响

5．3 TiBCN含量对熔覆层耐腐蚀性能的影响

5．4 TiBCN含量对熔覆层摩擦磨损性能的影响

5．5 本章小结

6．结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢