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钛合金表面等离子喷涂Al2O3-13wt%TiO2涂层的激光重熔研究

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钛合金表面等离子喷涂Al2O3-13wt%TiO2涂层的激光重熔研究

作者：李崇桂哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文采用等离子喷涂在TC4钛合金基体上分别制备了常规Metco130涂层及纳米结构AlO-13wt%TiO涂层,并利用CO2激光器对所制备的涂层进行了激光重熔处理,研究了激光重熔对涂层组织结构及性能的影响。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(S... 详细信息

本文采用等离子喷涂在TC4钛合金基体上分别制备了常规Metco130涂层及纳米结构AlO-13wt%TiO涂层,并利用CO2激光器对所制备的涂层进行了激光重熔处理,研究了激光重熔对涂层组织结构及性能的影响。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDAX)、显微硬度试验等方法对激光重熔前后的AlO-13wt%TiO涂层进行了组织结构及性能测试与分析。试验结果表明,采用等离子喷涂方法制备的涂层与基体形成了较好的机械结合,纳米结构涂层的孔隙率低于Metco130涂层。激光重熔后,获得了表面平整,内部无明显裂纹的激光重熔层。等离子喷涂层的缺陷得以消除,重熔层孔隙率降低,致密度得到了较大提高,且重熔层与基体形成了冶金结合,结合状态良好。微观组织结构分析表明,等离子喷涂层中相成分主要包括α-AlO相、γ-AlO相、TiO相及一部分非晶相。激光重熔后,等离子喷涂层中亚稳的γ-AlO相全部转化成了稳定的α-AlO相。此外,在重熔过程中, AlO和TiO反应生成了Al2TiO5相,且基体中有部分活性元素Ti渗入到熔池中。粒径分析结果表明,等离子喷涂AlO-13wt%TiO涂层及激光重熔后的AlO-13wt%TiO涂层均处于纳米结构。等离子喷涂纳米结构涂层中主要有两种组织,即熔凝组织和三维网状组织。激光重熔后,纳米结构重熔层组织具有明显的区域特征,在不同区域发现了柱状晶,胞状晶及其混合组织,这是由不同温度条件、不同冷却速度及熔池中不均匀传质等综合因素引起的。等离子喷涂层的显微硬度约为HV700050,是钛合金基体材料显微硬度值的2倍。激光重熔后,重熔层的显微硬度可达HV800300,其硬度值相对于等离子喷涂层又有了较大提高。在等离子喷涂及激光重熔过程中,纳米结构涂层表现出了组织结构遗传性。在纳米结构可喷涂喂料中发现了黑白相间的网状组织,等离子喷涂后,网状结构的组织保留到喷涂态的涂层中,最后,在纳米结构重熔层中,仍然可以看到球形放射状组织中包含有网状特征的组织。

关键词：等离子喷涂激光重熔 Al2O3-13wt%TiO2涂层显微硬度组织遗传性

激光重熔Al_2O_3-TiO_2涂层的强韧性能

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焊接学报 2013年第9期34卷 63-66,116页

作者：李崇桂封小松卢庆华张培磊于治水王铀上海工程技术大学材料工程学院上海201620 上海航天设备制造总厂上海200245 哈尔滨工业大学材料科学系哈尔滨150001

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在Ti-6Al-4V基体上制备了Al2O3-TiO2涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度试验和压痕试验等方法研究了激光重熔对涂层的组织及强韧性能的影响.结果表明,等离子喷涂Al2O3-TiO2涂层中的主... 详细信息

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在Ti-6Al-4V基体上制备了Al2O3-TiO2涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度试验和压痕试验等方法研究了激光重熔对涂层的组织及强韧性能的影响.结果表明,等离子喷涂Al2O3-TiO2涂层中的主相为γ-Al2O3,而相应重熔涂层中的主相为α-Al2O3.激光重熔可消除喷涂态涂层内部的孔隙、微裂纹和层状堆垛等微观缺陷,获得致密化的组织,并使涂层与基体形成良好冶金结合.重熔涂层的硬度比相应喷涂态涂层约提高了50%,裂纹扩展抗力相比喷涂态涂层提高了近两倍.激光重熔纳米涂层中的未熔增强颗粒和纳米结构特性等对涂层起到了协同强化和韧化作用.

关键词：钛合金纳米涂层激光重熔强韧化

WC含量对激光熔覆Al2O3/TiO2涂层组织与性能的影响

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金属热处理 2018年第12期43卷 78-82页

作者：孙帅李崇桂李帅张群森上海工程技术大学材料工程学院上海201620 上海市高强激光智能加工装备关键技术产学研开发中心上海201620

采用激光熔覆技术在钛合金(Ti-6Al-4V)表面制备了Al2O3/TiO2涂层,研究了添加不同含量WC对熔覆层裂纹和组织性能的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDAX)、X射线衍射分析仪(XRD)和显微硬度计研究了激光熔覆涂层的... 详细信息

采用激光熔覆技术在钛合金(Ti-6Al-4V)表面制备了Al2O3/TiO2涂层,研究了添加不同含量WC对熔覆层裂纹和组织性能的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDAX)、X射线衍射分析仪(XRD)和显微硬度计研究了激光熔覆涂层的显微结构,分析了涂层的裂纹率、成分分布、相组成和显微硬度分布情况。结果表明:当WC含量为0%20%(质量分数)时,随着WC的增加,涂层表面裂纹明显减少;添加20%WC时,熔覆层表面无裂纹,涂层与基体结合良好;添加30%WC时,熔覆层表面裂纹明显增多,涂层与基体结合区产生较大裂纹,并伴有一些细小的气孔。熔覆层内有许多未熔的Al2O3颗粒,同时,随着WC含量的增加,涂层的晶粒越来越细化,组织分布更加均匀,涂层的显微硬度明显增大。

关键词：激光熔覆 Al2O3/TiO2涂层 WC 裂纹显微硬度

激光合金化Ni-W-Si涂层的组织与性能研究

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稀有金属材料与工程 2016年第2期45卷 375-380页

作者：卢云龙张培磊马凯于治水闫华李崇桂上海工程技术大学上海201620 高强激光智能加工装备关键技术产学研开发中心上海201620

以Ni-W-Si合金为原料,利用激光合金化技术在AISI 304不锈钢表面上制备了以W5Si3的复合相为增强相的Ni-W-Si涂层,用SEM、XRD与EDS等方法分析了合金的显微组织、相组成及成分,讨论了不同W、Si含量对涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明,... 详细信息

以Ni-W-Si合金为原料,利用激光合金化技术在AISI 304不锈钢表面上制备了以W5Si3的复合相为增强相的Ni-W-Si涂层,用SEM、XRD与EDS等方法分析了合金的显微组织、相组成及成分,讨论了不同W、Si含量对涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明,涂层中析出了大量花瓣状或胞状W5Si3、CrSi2及（Fe,Ni）复合相,对提高涂层抗磨损能力有良好的增强作用;含W量较高的粉末经激光合金化后残余大量未熔W颗粒,新相以其为形核中心析出并长大形成夹心结构;涂层磨损机制主要为磨粒磨损,高强韧的W5Si3相使涂层的显微硬度显著提高（最高达10400 MPa）,并使室温干滑动摩擦磨损抗性提高了3~8倍。

关键词：涂层激光合金化微观硬度微观结构

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7A04高强铝合金的热拉深性能

中国有色金属学报 2017年第9期27卷 1768-1774页

作者：翟靖邓沛然吴恺威罗小敏李崇桂上海工程技术大学材料工程学院上海201620

采用模内加热的方式,比较不同加热温度时,在不同工艺条件下0.8 mm厚7A04板料的拉深成形能力,研究7A04高强铝合金板材在热成形条件下的拉深性能。结果表明:随着温度的升高,材料的成形性能得到显著提高,在350~400℃温度区间,极限拉深尺寸... 详细信息

采用模内加热的方式,比较不同加热温度时,在不同工艺条件下0.8 mm厚7A04板料的拉深成形能力,研究7A04高强铝合金板材在热成形条件下的拉深性能。结果表明:随着温度的升高,材料的成形性能得到显著提高,在350~400℃温度区间,极限拉深尺寸达到最大值,相较于常温下的极限拉深直径提高8.8%,拉深件高度提高28.57%。由于加热时间短,不同温度成形材料的相应组织和硬度无明显变化,热拉深后材料仍保持原高强铝合金强度高的特性。

关键词：高强铝合金热拉深差温拉深极限拉深比

TC4钛合金表面等离子喷涂Al_2O_3-13wt％TiO_2涂层及激光重熔研究

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材料热处理学报 2007年第B8期28卷 228-232页

作者：李崇桂田伟杨勇王铀哈尔滨工业大学材料科学系黑龙江哈尔滨150001

采用等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备了常规Metco130陶瓷涂层及纳米结构Al_2O_3-13wt%TiO_2涂层,并利用CO_2激光器对涂层进行了激光重熔,采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、微区成分分析(EDAX)及维氏硬度试验研究了激光重... 详细信息

采用等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备了常规Metco130陶瓷涂层及纳米结构Al_2O_3-13wt%TiO_2涂层,并利用CO_2激光器对涂层进行了激光重熔,采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)、微区成分分析(EDAX)及维氏硬度试验研究了激光重熔前后涂层的组织性能变化。结果表明,等离子喷涂涂层与基体形成了较好的机械结合,但涂层中存在孔隙,激光重熔后,重熔层与基体形成了良好的冶金结合,其组织结构更为均匀而致密。采用谢乐公式估算了重熔后涂层中各相的平均粒径,结果表明,等离子喷涂纳米结构的涂层在激光重熔后仍然处于纳米结构。另外,选择合理的激光工艺参数,涂层的硬度得到了较大提高。

关键词： TC4钛合金等离子喷涂激光重熔纳米材料

激光熔覆法制备Al_2O_3-TiO_2涂层的显微组织与性能研究

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材料导报 2016年第4期30卷 65-68,72页

作者：潘斌李崇桂黄旺华王恩庭宋晓航封小松上海工程技术大学材料工程学院上海201620 高强激光智能加工装备关键技术产学研开发中心上海201620 上海航天设备制造总厂上海200245

采用预置粉末式激光熔覆法在钛合金（Ti-6Al-4V）表面开展了Al2O3-13%（质量分数）TiO2涂层的研究。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射分析仪（XRD）和显微硬度计研究了激光熔覆熔池的特征和涂层的显微结构,分析... 详细信息

采用预置粉末式激光熔覆法在钛合金（Ti-6Al-4V）表面开展了Al2O3-13%（质量分数）TiO2涂层的研究。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射分析仪（XRD）和显微硬度计研究了激光熔覆熔池的特征和涂层的显微结构,分析了涂层的成分分布、相组成和显微硬度分布情况。预置粉末激光熔覆制备的Al2O3-13%（质量分数）TiO2涂层界面结合良好,涂层组织均匀,没有明显的裂纹和气孔。激光熔覆涂层表现出明显流线型特征,熔覆层截面分为热影响区、扩散结合区和涂层区。涂层由Ti、AlTi3、α-Al2O3和γ-Al2O3等相组成。涂层的显微硬度达到1000～1300HV（0.3）,比基体硬度360～390HV（0.3）高2倍。

关键词：激光熔覆陶瓷涂层显微组织表面改性

激光重熔Al_2O_3-TiO_2涂层的界面结合及划痕破坏失效行为

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材料热处理学报 2013年第S1期34卷 156-162页

作者：李崇桂于治水张有凤卢庆华邓沛然王铀上海工程技术大学材料工程学院上海201620 哈尔滨工业大学材料科学系黑龙江哈尔滨150001

分别采用Metco 130粉末及纳米结构Al2O3-13%TiO2可喷涂粉末通过等离子喷涂技术在Ti-6Al-4V(TC4)钛合金表面制备了喷涂态涂层,并利用CO2激光器对涂层进行了激光重熔。采用光学金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)等分析手段研究了激光重熔前... 详细信息

分别采用Metco 130粉末及纳米结构Al2O3-13%TiO2可喷涂粉末通过等离子喷涂技术在Ti-6Al-4V(TC4)钛合金表面制备了喷涂态涂层,并利用CO2激光器对涂层进行了激光重熔。采用光学金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)等分析手段研究了激光重熔前后涂层的微观组织,并采用压痕法和划痕试验研究了涂层的结合状态和划痕破坏失效行为。在界面附近进行破坏性压痕试验表明,两种喷涂态涂层与基体的界面处都产生了裂纹,而激光重熔涂层与基体的界面可保持完好。划痕试验表明,重熔涂层的破坏程度明显低于喷涂态涂层,喷涂态涂层的划痕破坏形式表现为较严重的脆性断裂和剥层破坏,而重熔涂层主要为局部脆性断裂。

关键词：钛合金纳米涂层等离子喷涂激光重熔划痕法

激光功率对TiB增强钛基涂层显微组织结构的影响

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材料热处理学报 2016年第5期37卷 172-175页

作者：张有凤李忠文李崇桂李军于治水上海工程技术大学材料工程学院上海201620

采用Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备TiB/Ti复合涂层。通过XRD物相分析、形貌观察和硬度测试等方法研究了激光扫描速度2 mm/s时不同激光扫描功率下原位合成的TiB/Ti复合涂层的相结构、显微结构和硬度。不同功率下制备... 详细信息

采用Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备TiB/Ti复合涂层。通过XRD物相分析、形貌观察和硬度测试等方法研究了激光扫描速度2 mm/s时不同激光扫描功率下原位合成的TiB/Ti复合涂层的相结构、显微结构和硬度。不同功率下制备的涂层中只有α-Ti和TiB相;扫描功率为3000 W和3500 W下激光熔覆层与基体结合较好;随着激光扫描功率的增加,熔覆层的平均硬度提高;扫描功率为3000 W下制备的涂层硬度分布较均匀,其硬度值较基体提高了2~3倍,平均硬度值约为1000 HV。

关键词：激光熔覆复合涂层显微组织 TiB