钛合金激光熔覆镍基耐磨自润滑复合涂层组织与性能研究

摘要

目前针对钛合金的表面改性多集中在提高其耐磨性能上，然而在空间环境下对钛合金的表面性能提出了更高的要求，使其不仅要具有较高的耐磨性能，还要有良好的减摩性能。
　　本文以NiCrBSi、Ni包MoS2粉末为原料，采用激光熔覆技术在TC4合金基体上制备出原位自生TiC-CrxSy/Ni基耐磨自润滑复合涂层。利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机等技术手段，系统研究了熔覆层内部缺陷的表现形式及影响因素、工艺参数对复合涂层组织和性能的影响规律，揭示了激光熔覆Ni基自润滑复合涂层的磨损机制和自润滑机理。
　　熔覆层内部缺陷主要表现为气孔和裂纹。涂层内气孔出现在熔覆层表层及底层，气体主要来源于熔覆环境，也可能是熔覆过程中各组分相互反应而生成;裂纹从形态上分为垂直裂纹和水平裂纹两大类，其产生与熔覆层内的低熔共晶密切相关，涂层成分、夹杂物含量、激光比能对裂纹敏感性均有一定的影响。
　　通过研究扫描速度、激光功率、Ni包MoS2含量对熔覆层组织的影响发现:随着扫描速度的增加，熔覆层尺寸减小;涂层内部晶粒变小;结合区平面晶带宽度逐渐减小。随着激光功率的增加，熔覆层尺寸增加;熔覆层表面质量下降;涂层内部润滑相CrxSy趋于规则化。Ni包MoS2含量对熔覆层表面质量影响不大;随着Ni包MoS2含量的越多，CrxSy晶型越好，含量越多;涂层中TiC树枝晶和多边块状相TiB2明显减少。
　　优化后的工艺参数为:扫描速度6mm/s～8mm/s，激光功率1.5kW～2kW，Ni包MoS2含量20％～40％。Ni60熔覆层主要由TiC树枝晶、TiB2多边块状相、Cr7C3针状相和γ-Ni固溶体组成;Ni60+Ni包MoS2熔覆层主要由TiS条状相、CrxSy球状相及CrB不规则状相和γ-Ni固溶体组成。
　　硬度测试及摩擦磨损试验结果表明:涂层显微硬度从表面到基底沿层深方向呈阶梯状降低，熔覆层硬度在900～1100HV0.3之间，较基底提高了3倍;涂层的相对耐磨性比钛合金基底有显著提高;钛合金母材的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损，而Ni基合金熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损;添加Ni包MoS2的熔覆层具有优良的抵抗滑动摩擦磨损能力，其中TiC-CrxSy复合颗粒是增强其摩擦磨损性能的关键因素。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 固体润滑概述

1．2．1 固体润滑剂的产生和发展

1．2．2 固体润滑剂的种类和特性

1．2．3 固体自润滑复合涂层的组成和发展

1．3 激光熔覆技术概述

1．3．1 激光熔覆技术基本原理及特点

1．3．2 激光熔覆材料选用原则

1．3．3 激光熔覆技术应用领域

1．4 课题研究目的和主要研究内容

第二章 试验材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 基体材料

2．1．2 熔覆粉末材料

2．2 试验方法及设备

2．2．1 熔覆层的制备

2．2．2 熔覆层形貌组织分析

2．2．3 熔覆层性能测试

第三章 激光熔覆层的缺陷分析

3．1 激光熔覆层质量评价

3．2 气孔的表现形式及形成机理

3．3 裂纹的形态及产生机理

3．4 裂纹敏感性的影响因素

3．4．1 能量密度对裂纹敏感性的影响

3．4．2 Ni包MoS2的含量对裂纹敏感性的影响

3．4．3 影响裂纹敏感性的因素

3．5 本章小结

第四章 激光熔覆熔覆工艺对熔覆层组织的影响研究

4．1 扫描速度的影响

4．1．1 扫描速度对熔覆层宏观质量的影响

4．1．2 扫描速度对熔覆层显微组织的影响

4．2 激光功率的影响

4．2．1 激光功率对熔覆层宏观质量的影响

4．2．2 激光功率对熔覆层显微组织的影响

4．3 Ni包MoS2含量的影响

4．3．1 Ni包MoS2含量对物相组成的影响

4．3．2 Ni包MoS2含量对熔覆层显微组织的影响

4．4 本章小结

第五章 激光熔覆层的硬度及摩擦磨损性能分析

5．1 显微硬度分析

5．1．1 激光功率对显微硬度的影响

5．1．2 扫描速度对显微硬度的影响

5．1．3 Ni包MoS2含量对显微硬度的影响

5．2 耐磨性分析

5．2．1 摩擦磨损简介

5．2．2 摩擦系数

5．2．3 磨损失重

5．2．4 磨损机制

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢