新型TiZrAlV合金表面激光氮化工艺及组织性能研究

作     者：孙信阳 

作者单位：河北科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩鹏彪;冯志浩;贾书君

授予年度：2019年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：TiZr合金 激光氮化 热力学分析 组织 纳米硬度 耐磨性 

摘      要：钛锆合金相比其他金属具有很多优异的性能,其密度低、比强度高、抗蚀性能和抗高温性能优越。也因此被广泛应用于军事工业、核工业、化工行业以及汽车工业等领域。然而,钛锆合金体系均存在表面硬度低、耐磨性差导致表面失效等工程问题。本文采用激光表面氮化技术在TiZrAlV合金表面制备了高硬度和耐磨性的陶瓷涂层,通过热力学分析了TiN、ZrN相的稳定性和形成能力以及形成条件。通过X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针、纳米压痕仪和摩擦磨损仪器对不同扫描速度下氮化区、热影响区及基体的相组成、表面形貌与元素分布、纳米硬度、耐磨损性能进行检测。为获得更佳的表面涂层效果,本研究运用正交实验分析激光氮化过程参数对涂层硬度及耐磨性的影响规律。研究表明:激光氮化后,表面氮化区形成树枝状TiN、ZrN、TiN氮化物枝晶和细晶组织,中部热影响区主要为快速冷却形成的α’马氏体组织。激光扫描速度越低,形成的陶瓷相越多,硬度越高,对应的摩擦系数越小、磨损重量损失越少。结果表明:激光氮化处理可以细化表层晶粒和生成硬质氮化物陶瓷相,制备出表面高硬度和高耐磨性的陶瓷涂层,其中激光扫描速度的减小,氮化层液化过程中溶解的氮含量增多,形成氮化相体积分数增大,进而硬度和耐摩擦磨损性能增加。对氮化参数组合进行进一步正交分析可知:涂层硬度的变化规律与耐磨性基本统一,激光扫描速度为影响氮化涂层硬度与耐磨性的最关键参数。氮化区和热影响区硬度(耐磨性)的最佳参数组合分别为激光功率180W,扫描速度10mm/s,光斑直径2mm及激光功率135W,扫描速度10mm/s,光斑直径2mm。