Y2O3对激光熔覆原位合成颗粒增强金属基复合涂层组织性能的影响

摘要

本文通过在Ti6A14V表面激光熔覆原位合成TiB2-TiC增强Ni基和TiB-TiC增强Ti基复合涂层,将陶瓷材料的高硬度、高化学稳定性和钛合金的高延性、高强度有机地结合在一起,提高了钛合金表面的摩擦磨损性能。且原位生成的陶瓷增强相与基体的相容性更好,界面比以往方法制备的复合材料的更清洁、结合更牢固,而这能确保基底有足够的强度去转移应力。由于稀土在激光熔覆层中能起到微合金化、净化晶界、细化晶粒、改善晶界状态、抑制柱状晶生长等作用,本文将稀土氧化物Y2O3引入到激光熔覆处理中有效地改善熔覆层的组织和性能。本文的研究工作具体体现在以下方面:
　　1.选择四个反应体系:Ti-B4C-Al、Ti-B4C-Al+(1-3wt％)Y2O3、Ni-Ti-B-Cr、Ni-Ti-B-Cr+(纳米/亚微米)Y2O3,并通过热力学计算对其反应产物及反应条件进行理论预测,然后在优化组合工艺参数(功率、光斑直径和扫描速度)的条件下进行熔覆试验。
　　2.通过X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对涂层的物相组成、基体组织及增强相形态、成分、分布及大小进行分析表征,对涂层不同区域增强相和基体界面附近区域的形貌、相组成以及成分变化进行分析表征。再结合热力学和动力学、高能束作用下熔体的流动特征等来研究了增强相原位生长机制,对影响增强相组织的工艺参数,添加稀土种类、含量、添加形式及其他组分的配比进行深入研究。
　　3.通过高温摩擦磨损试验机对基体和涂层的常温摩擦磨损行为进行研究,通过维氏硬度仪测量了试样横截面(包括涂层稀释区、热影响区和基体)上硬度分布分析硬度随距涂层表面距离的变化情况,采用压痕法测试了涂层不同区域的断裂韧性。综合上述结果比较基体及不同体系复合涂层的力学性能,初步揭示增强相强韧化机制。
　　4.着重研究了不同粒径和含量的稀土 Y2O3添加对涂层组织及力学性能的影响规律,揭示了稀土添加作用下涂层增强相的原位生长机制和强韧化机制。研究表明适量稀土的添加在不降低涂层硬度的前提下,可通过细化基体晶粒、降低溶质元素在基体中的溶解度等途径显著提高涂层的断裂韧性,降低涂层的开裂敏感性,获得比较适宜的硬度和断裂韧性的匹配,进而赋予钛合金优异的综合耐磨性。

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第一章 绪 论

1.1 钛合金性能及应用

1.2 激光熔覆技术

1.3 钛合金表面熔覆层材料体系的研究现状

1.4 稀土添加对熔覆层影响的研究现状

1.5 目前研究存在的问题

1.6 研究内容和创新点

第二章 试验准备

2.1 试验设备

2.2 试验材料

2.3 涂层的制备

2.4 熔覆层微观组织结构表征

2.5 熔覆层的物相分析

2.6 熔覆层显微硬度的测量

2.7 熔覆层摩擦磨损性能测试

2.8 熔覆层断裂韧性测试

第三章 激光熔覆TiB-TiC增强Ti基复合涂层的组织和性能

3.1 熔覆材料体系

3.2 激光熔覆工艺参数

3.3 热力学预测

3.4 Ti基复合涂层组织分析表征

3.5 Ti基复合涂层力学性能分析表征

3.6 本章小结

第四章 不同含量Y2O3对TiB-TiC增强Ti基复合涂层组织性能影响

4.1 熔覆材料体系

4.2 激光熔覆工艺参数

4.3 Y2O3对Ti基复合涂层组织的影响

4.4 Y2O3对熔覆层力学性能的影响

4.5 本章小结

第五章 激光熔覆TiB2-TiC增强Ni基复合涂层的组织和性能

5.1 熔覆材料体系

5.2 激光熔覆工艺参数

5.3 热力学预测

5.4 Ni基复合涂层组织分析表征

5.5 Ni基复合涂层力学性能分析表征

5.6 本章小结

第六章 不同粒径Y2O3对TiB2-TiC增强Ni基复合涂层组织性能的影响

6.1 熔覆材料体系

6.2 激光熔覆工艺参数

6.3 Y2O3对Ni基复合涂层组织的影响

6.4 Y2O3对Ni基复合涂层力学性能的影响

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢