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文檔簡介
1、鈦合金具有比強度高、耐腐蝕和生物相容性好等優(yōu)點,已在機械、化工、船舶和醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但硬度低、耐磨性能差和高溫易發(fā)生氧化腐蝕等缺點制約其作為關(guān)鍵高溫運動零部件的使用。由于熔覆層與基體之間為冶金結(jié)合,結(jié)合強度高,熔覆層組織致密、晶粒細(xì)小,激光熔覆技術(shù)成為改善零件表面缺陷的有效途徑之一。
本研究選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為NiCr-40%Al-10%Si、NiCr-40%Al-20%Si和NiCr/Cr3C2-40%Al-20%
2、Si的混合粉末為原料,利用激光熔覆技術(shù),在Ti6Al4V合金表面制備復(fù)合涂層。采用XRD、SEM和EDS表征了涂層的顯微組織結(jié)構(gòu),分析了復(fù)合涂層的物相成分。利用維氏顯微硬度計測試了涂層橫截面的顯微硬度;利用高溫摩擦磨損試驗機分別測試了 Ti6Al4V合金和復(fù)合涂層在不同溫度(25℃、600℃)的干滑動摩擦磨損性能并分析了其磨損機理;利用高溫電阻空氣爐和電子天平分別測定Ti6Al4V合金和復(fù)合涂層的恒溫(800℃)氧化32小時的氧化性能并
3、分析了其氧化機理。試驗結(jié)果表明:激光熔覆NiCr、Al和Si混合粉末制備復(fù)合涂層,涂層的厚度約為1.5 mm,涂層與鈦合金基體發(fā)生冶金結(jié)合。涂層以Ti5Si3和Al3Ni2為增強相,Al3Ti和NiTi為涂層基體。激光熔覆NiCr-40%Al-10%Si混合粉末制備涂層N1具有最高顯微硬度(1100 HV0.5),約為Ti6Al4V合金(350HV0.5)的3倍,但涂層N1的硬質(zhì)相分布密集且 Al3Ni2硬質(zhì)相為不規(guī)則粗大球狀,具有高的
4、室溫脆性。激光熔覆NiCr-40%Al-20%Si混合粉末制備涂層N2的顯微硬度為870 HV0.5,約為Ti6Al4V合金2.5倍,涂層N2的硬質(zhì)顆粒和涂層基體分布均勻且Al3Ni2硬質(zhì)相為細(xì)小網(wǎng)格狀,涂層N2兼有高的硬度和好的韌性。激光熔覆NiCr/Cr3C2-40%Al-20%Si混合粉末制備復(fù)合涂層N3,以γ-Ni和Al8Cr5為涂層基體,TiC和Ti5Si3為增強相,涂層的平均硬度約為750 HV0.5,約為Ti6Al4V合金
5、的2倍。摩擦磨損試驗結(jié)果表明:涂層N1具有高的室溫脆性,涂層N1出現(xiàn)嚴(yán)重硬質(zhì)顆粒脫落,發(fā)生嚴(yán)重的三體磨粒磨損,表現(xiàn)較差室溫耐磨性能。涂層N2具有高的硬度又具有好的韌性,表現(xiàn)較好室溫耐磨性能,約為鈦合金的2倍。600℃時,涂層 N2表面被氧化,氧化層產(chǎn)生部分固體潤滑效果,阻止對磨球與涂層直接接觸,其摩擦系數(shù)和磨損率較室溫均有降低,相對Ti6Al4V合金表現(xiàn)較好耐磨性能。復(fù)合涂層N3的室溫耐磨性能約為Ti6Al4V合金2.2倍,600℃條件
6、下,熱膨脹系數(shù)增大,涂層N3發(fā)生硬質(zhì)顆粒脫落,涂層的耐磨性能略低于Ti6Al4V合金。恒溫氧化試驗結(jié)果表明:在空氣環(huán)境恒溫(800℃)氧化32小時后,Ti6Al4V合金發(fā)生嚴(yán)重氧化腐蝕,其氧化層主要為疏松多孔TiO2氧化物,氧化層較厚且與Ti6Al4V合金表面發(fā)生脫落。涂層N2氧化層主要為連續(xù)致密Al2O3、NiO和SiO2氧化物,氧化層較薄且與涂層緊密結(jié)合,表現(xiàn)優(yōu)越抗氧化性能,約為Ti6Al4V合金的9倍。復(fù)合涂層N3的氧化層為致密A
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