钛合金表面激光熔覆耐磨自润滑涂层组织与性能研究

摘要

近年来，我国航空航天科学技术得到了飞速的发展，钛合金由于具有密度低、比强度高、耐蚀性能优异的性能而使用量急剧增加。目前针对钛合金表面性能的改善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，不仅要有较好的耐磨性能，还要有较低的摩擦系数。因此本文采用了激光熔覆技术在钛合金表面熔覆了NiCrBSi+Ni/MoS2材料，其中Ni/MoS2的含量(wt％)分别为0％、5％、10％、20％，制备出耐磨自润滑涂层，有效地提高了钛合金的耐磨性能和自润滑性能。通过对工艺方案进行设计，考察了Ni/MoS2的含量对熔覆层质量和微观组织构成的影响。采用了电子扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDX)对熔覆层的微观组织结构进行了观察和分析。采用显微硬度计测试了各组试样的维氏硬度，绘制出硬度变化曲线。采用M-2000型磨损试验机测试了熔覆层的摩擦磨损性能。在优化的工艺参数下，涂层经过激光熔覆处理后，得到了表面均匀连续、内部无气孔和裂纹，与基底形成了良好的冶金结合的熔覆层。
　　 微观组织分析表明:45钢表面激光熔覆NiCrBSi熔覆层主要物相是γ-Ni树枝晶、共晶组织、呈不规则形状的铬的硼化物CrB和片状的铬的碳化物;TC4合金表面的NiCrBSi熔覆层主要由γ-Ni树枝晶、TiC树枝晶、共晶组织、不规则形状的铬的硼化物、块状的钛的硼化物和片状的铬的碳化物等物相组成;TC4合金表面激光熔覆NiCrBSi+Ni包MoS2熔覆层主要由γ-Ni树枝晶、TiC树枝晶、共晶组织、不规则形状的铬的硼化物和针状的钛的硫化物等物相组成。
　　 显微硬度测试结果表明:钛合金表面NiCrBSi熔覆层的显微硬度沿层深方向呈阶梯状降低，熔覆层硬度在900～1000HV0.2之间，较基底材料提高了3倍;加入5％Ni/MoS2熔覆层的显微硬度有所降低，约为基底材料硬度值的2倍，熔覆层的显微硬度随着Ni/MoS2含量的增加而逐渐提高，NiCrBSi+20％Ni/MoS2熔覆层的显微硬度要高于NiCrBSi涂层的显微硬度。
　　 摩擦磨损试验结果表明:在相同磨损条件下，NiCrBSi+20％Ni/MoS2熔覆层的磨损量和NiCrBSi熔覆层磨损量相差不大。而钛合金表面NiCrBSi熔覆层的摩擦系数约为0.42; NiCrBSi+20％Ni/MoS2熔覆层的摩擦系数约为0.28，远远小于NiCrBSi熔覆层的摩擦系数。NiCrBSi+20％Ni/MoS2熔覆层显示出良好的耐磨性能和减摩性能。

目录

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 常用的表面处理技术

1．2 激光熔覆技术

1．2．1 激光熔覆技术的特点

1．2．2 激光熔覆材料

1．2．3 激光熔覆工艺参数

1．2．4 熔覆层表面质量的评价

1．2．5 激光熔覆的缺陷

1．3 固体自润滑技术

1．3．1 常用的固体润滑剂

1．3．2 实现固体自润滑的方式

1．4 钛合金表面激光熔覆层的研究现状

1．5 研究的目的及意义

1．6 本文的主要研究内容

第二章 试验材料和试验过程

2．1 试验材料的选择

2．2 试验前的准备

2．3 试验过程

2．4 金相试样的制备

2．5 熔覆层性能的检测和分析

2．5．1 硬度测试

2．5．2 宏观形貌的观察和分析

2．5．3 微观组织的观察和分析

2．5．4 摩擦磨损试验

2．5．5 试验中所用到的器材

第三章 钢表面激光熔覆NiCrBSi涂层的工艺和组织研究

3．1 工艺参数对熔覆层质量的影响

3．2 熔覆层的微观组织分析

3．3 本章小结

第四章 钛合金表面激光熔覆NiCrBSi涂层的工艺和组织研究

4．1 工艺参数对熔覆层质量的影响

4．2 熔覆层的微观组织分析

4．3 本章小结

第五章 钛合金表面激光熔覆NiCrBSi+Ni/MoS2涂层的工艺和组织研究

5．1 钛合金表面激光熔覆NiCrBSi+5％Ni/MoS2涂层的工艺和组织研究

5．1．1 工艺参数对熔覆层质量的影响

5．1．2 熔覆层的微观组织分析

5．2 钛合金表面激光熔覆NiCrBSi+10％Ni/MoS2涂层的工艺和组织分析

5．2．1 工艺参数对熔覆层质量的影响

5．2．2 熔覆层的微观组织分析

5．3 钛合金表面激光熔覆NiCrBSi+20％Ni/MoS2涂层的工艺和组织分析

5．3．1 工艺参数对熔覆层质量的影响

5．3．2 熔覆层的微观组织分析

5．4 本章小结

第六章 试验结果分析与讨论

6．1 激光熔覆层的显微硬度

6．1．1 钢表面激光熔覆NiCrBSi涂层的显微硬度

6．1．2 钛合金表面激光熔覆NicrBSi涂层的显微硬度

6．1．3 钛合金表面激光熔覆NiCrBSi+Ni/MoS2涂层的显微硬度

6．2 摩擦磨损试验

6．2．1 磨损性能

6．2．2 摩擦系数

6．3 磨损机制

6．4 自润滑机制

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢