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激光原位制备高体积分数与长径比的TiB短纤维与TiB2^P增强钛基复合涂层

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中国激光 2014年第7期41卷 105-111页

作者：林英华雷永平北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

采用Ti+TiB2P、粗TiB2P与细TiB2P分别作为预置层,运用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面原位合成TiB短纤维增强钛基复合涂层,并通过X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)分析TiB短纤维的体积分数与长径比。结果表明,涂层主要由TiB短纤维和TiB2... 详细信息

采用Ti+TiB2P、粗TiB2P与细TiB2P分别作为预置层,运用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面原位合成TiB短纤维增强钛基复合涂层,并通过X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)分析TiB短纤维的体积分数与长径比。结果表明,涂层主要由TiB短纤维和TiB2P组成。当采用Ti+TiB2P作为预置层时,涂层中TiB短纤维的长径比随着Ti含量的增加而减小;当采用粗TiB2P作为预置层时,涂层中较难形成较大体积分数的TiB短纤维;当采用细TiB2P作为预置层时,涂层中可同时形成较高体积分数与较大长径比的TiB短纤维。结合涂层中TiB短纤维的变化规律,探讨了形成机理。

关键词：激光技术激光熔覆 TC4钛合金 TiB 钛基复合涂层

感应熔覆原位合成TiB增强钛基复合涂层的微结构与力学性能

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材料工程 2020年第7期48卷 111-118页

作者：张梦清于鹤龙王红美尹艳丽魏敏乔玉林张伟徐滨士陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072 河北京津冀再制造产业技术研究院河北河间062450 陆军装甲兵学院机械产品再制造国家工程研究中心北京100072

采用高频感应加热熔化(90%钛(原子分数,下同)+10%硼)预置涂层的方法在Ti6Al4V基体表面制备感应熔覆原位TiB增强Ti基复合涂层,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计和纳米压痕仪等研究复合涂层的显微结构、物相构成及微纳米力... 详细信息

采用高频感应加热熔化(90%钛(原子分数,下同)+10%硼)预置涂层的方法在Ti6Al4V基体表面制备感应熔覆原位TiB增强Ti基复合涂层,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计和纳米压痕仪等研究复合涂层的显微结构、物相构成及微纳米力学性能。结果表明:感应熔覆钛基复合涂层表面光滑平整,内部无裂纹和孔隙,与基体形成良好的冶金结合;熔覆过程中Ti与B充分反应生成TiB增强相,涂层基质相由α-Ti和少量β-Ti构成。原位TiB增强体在涂层内部分布均匀,体积分数约为9.4%,纳米压痕硬度和弹性模量高达35 GPa和545 GPa。复合涂层的显微硬度达到525HV0.2,较Ti6Al4V基体材料提高了约67%。

关键词：感应熔覆 TiB 原位合成钛基复合涂层力学性能

热处理对激光熔覆钛基复合涂层组织和微动磨损性能的影响

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材料工程 2018年第5期46卷 79-85页

作者：刘秀波周仲炎翟永杰乔世杰徐江宁罗迎社涂溶中南林业科技大学工程流变学湖南省重点实验室长沙410004 苏州大学机电工程学院江苏苏州215006 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

为研究不同温度热处理对激光熔覆钛基复合涂层组织和微动磨损性能的影响,采用激光熔覆技术在TA2钛合金表面制备40%Ti-25.2%TiC-34.8%WS_2(质量分数)复合涂层,将涂层分别置于300,500℃和700℃真空中保温1h,分析热处理前后涂层的显微组织... 详细信息

为研究不同温度热处理对激光熔覆钛基复合涂层组织和微动磨损性能的影响,采用激光熔覆技术在TA2钛合金表面制备40%Ti-25.2%TiC-34.8%WS_2(质量分数)复合涂层,将涂层分别置于300,500℃和700℃真空中保温1h,分析热处理前后涂层的显微组织和微动磨损耐磨性能。结果表明:未经过热处理涂层及经过不同温度热处理涂层的主要物相均为α-Ti,(Ti,W)C_(1-x),TiC,Ti_2SC和TiS。未热处理及经过300,500℃和700℃热处理1h涂层的显微硬度分别为1049.8,980.7,1143.3HV_(0.5)和1190.7HV_(0.5)。经过700℃热处理1h涂层表现出优异的微动磨损性能,磨损机理为黏着磨损和磨粒磨损。

关键词：激光熔覆钛基复合涂层热处理微动磨损

N_2和Ar气氛下激光原位合成TiN/钛基复合涂层

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中国激光 2012年第11期39卷 31-37页

作者：张晓伟刘洪喜蒋业华王传琦昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

分别以高纯N2和高纯Ar为保护气体,在TC4钛合金基材表面激光原位合成了TiN/钛基复合涂层。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计对复合涂层的微观结构和力学性能进行了分析,通过空气电阻炉初步测试了复合涂层的相对高温耐氧化性... 详细信息

分别以高纯N2和高纯Ar为保护气体,在TC4钛合金基材表面激光原位合成了TiN/钛基复合涂层。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计对复合涂层的微观结构和力学性能进行了分析,通过空气电阻炉初步测试了复合涂层的相对高温耐氧化性。结果表明,Ar气氛下原位合成的复合涂层含有较多未完全反应的Ti相,组织均匀性较差,涂层截面显微硬度分布不均;而N2气氛下的原位合成反应比较充分,原位合成复合涂层主要由TiN和Ti3Al两相组成,涂层组织均匀致密,含较多高硬度TiN相,显微硬度自基体至涂层过渡平缓,且平均显微硬度较Ar气氛下复合涂层高约40.7%,600℃和800℃的相对耐氧化性值分别是TC4基体钛合金的6.83倍和1.94倍,较Ar气氛下的复合涂层提高约17.96%和19.75%。

关键词：材料高温耐氧化性激光原位合成 TiN 钛基复合涂层显微组织力学性能

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激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究进展

表面技术 2020年第10期49卷 138-151,168页

作者：张志强杨凡张天刚张宏伟张顶立中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学工程技术训练中心天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300

钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强等显著优点,在航空航天、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。然而,钛合金硬度低、耐磨性差,严重制约其在摩擦工况下的使用寿命。激光熔覆技术具有生产效率高、热影响区窄、结合强度高、组织致... 详细信息

钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强等显著优点,在航空航天、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。然而,钛合金硬度低、耐磨性差,严重制约其在摩擦工况下的使用寿命。激光熔覆技术具有生产效率高、热影响区窄、结合强度高、组织致密等优势,被广泛用于钛合金零部件表面改性和熔覆修复。高硬、高模量碳化钛的热物性参数与钛合金基材相近,常被选作激光熔覆钛基复合涂层的增强相,以提高其耐磨性。介绍了碳化钛的晶体结构、生长形态和性能特点。综述了碳化钛增强钛基激光熔覆材料体系以及工艺参数对熔覆层成形质量、宏观形貌和微观组织的影响。重点从碳化钛增强相的分布、数量、尺度以及相结构等方面,论述了碳化钛增强钛基激光熔覆层的组织特征,同时阐述了碳化钛强化机制,讨论了碳化钛增强钛基激光熔覆层组织特征与耐磨性能的内在关联性。最后提出了目前激光熔覆碳化钛增强钛基复合涂层研究中存在的问题与展望。

关键词：激光熔覆钛基复合涂层碳化钛非计量比化合物组织特征耐磨性

Ti6Al4V合金表面激光熔覆钛基复合涂层的显微组织研究

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金属热处理 2008年第7期33卷 50-52页

作者：牛伟孙荣禄雷贻文天津工业大学机械电子学院天津300160

在Ti6Al4V合金表面预置Ti和Cr3C2混合粉末,采用横流CO2激光进行熔覆试验,制备出了原位自生的TiC颗粒增强的钛基复合涂层。利用SEM、XRD等手段对激光熔覆层的组织、成分、物相进行了分析,测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明,熔覆层不... 详细信息

在Ti6Al4V合金表面预置Ti和Cr3C2混合粉末,采用横流CO2激光进行熔覆试验,制备出了原位自生的TiC颗粒增强的钛基复合涂层。利用SEM、XRD等手段对激光熔覆层的组织、成分、物相进行了分析,测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明,熔覆层不同位置,组织形态不同,TiC在熔覆层表层以树枝晶形态存在,而在熔覆层底部为近球状颗粒。熔覆层与基材之间形成良好的冶金结合。熔覆层显微硬度在600~800HV0.5之间,约为基材硬度的2~3倍。

关键词： Ti6Al4V钛合金激光熔覆钛基复合涂层显微硬度

TC4表面激光诱导原位制备TiC/TiBx钛基复合涂层显微组织及性能的研究

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TC4表面激光诱导原位制备TiC/TiBx钛基复合涂层显微组织及性能的...

作者：任翠霞东北大学

学位级别：硕士

为了增强钛合金表面的耐磨性,按照复合材料的发展趋势,以激光熔覆制备具有良好耐磨性能的涂层为目标,本实验采用B4C粉和B4C/TC4粉作为钛合金表面激光合金化和熔覆材料,选用TC4合金作为基体材料,制备原位生成TiC和TiBx复合耐磨涂层,研究... 详细信息

为了增强钛合金表面的耐磨性,按照复合材料的发展趋势,以激光熔覆制备具有良好耐磨性能的涂层为目标,本实验采用B4C粉和B4C/TC4粉作为钛合金表面激光合金化和熔覆材料,选用TC4合金作为基体材料,制备原位生成TiC和TiBx复合耐磨涂层,研究粉末成分及工艺参数等涂层显微组织和性能的影响。系列实验中,首先通过预置粉末法和同步送粉两种方式在TC4表面添加B4C粉末,激光原位制备了单道激光合金化涂层;通过预置粉末法添加30%B4C+70%TC4（wt.%）粉末制备多道搭接涂层及三层非梯度涂层,通过预置粉末法分层添加10%B4C+90%TC4,20%B4C+80%TC4粉末30%B4C+70%TC4（wt.%）粉末制备成分变化梯度涂层,应用XRD、金相显微镜、SEM、TEM、显微硬度测量仪、磨损试验机等多种分析手段对所制备涂层的微观结构和性能进行了研究。实验结果表明：TC4合金表面用B4C粉和B4C/TC4粉激光制备的钛基复合涂层均通过化学反应在涂层中原位生成了TiC, TiB和TiB2相。TiC相以树枝状相形式存在,TiB2和TiB相均以棒状相形式存在,TiB2较粗大,TiB较细小偏向于呈针状。利用同步送粉法添加B4C粉末比预置粉末法制备的单道钛基复合涂层生成更多的粗大棒状的TiB2,其硬度比预置粉末法获得的硬度高,最高可达1800HV,是基体（320HV）的五倍多。对于激光熔覆单一成分（30wt.%B4C+70wt.%TC4）多层涂层和以10wt.%B4C递增的多层的梯度涂层,随着层数的增加生成的TiB和TiB2增多。梯度复合涂层表面完整、平滑,内部无裂纹、气孔等缺陷,其涂层内部组织形貌由底及表,依次是β定向生长、弥散颗粒和棒状晶,枝晶和较粗大棒状晶。激光熔覆TiBx+TiC增强钛基复合涂层具有较低的摩擦系数（0.18-0.3）,最低仅为TC4合金摩擦系数（0.4-0.5）的1/2。随着磨损滑行距离的增加,失重量有所增加。当滑移367.5m时,梯度涂层失重0.0019g,单一成分多层涂层失重0.0050g。在磨损过程中,激光熔覆钛基复合涂层发生磨粒磨损、粘着磨损,原位生成的TiC、TiB及TiB2陶瓷相弥散分布在涂层中产生强化作用。

关键词：激光合金化激光熔覆同步送粉钛基复合涂层 TiBx TiC

氩弧熔覆原位合成多相颗粒增强钛基复合涂层组织及耐磨性研究

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氩弧熔覆原位合成多相颗粒增强钛基复合涂层组织及耐磨性研究

作者：李成硕山东交通学院

学位级别：硕士

随着我国科学技术的不断发展,工业领域对金属材料的质量与性能提出了更高的要求,而影响金属材料质量关键的是磨损失效。TC4合金因具有高比强度、轻量化等特点,被广泛应用在船舶工业领域,但耐磨性差、硬度低的缺陷限制了TC4合金在工业中... 详细信息

随着我国科学技术的不断发展,工业领域对金属材料的质量与性能提出了更高的要求,而影响金属材料质量关键的是磨损失效。TC4合金因具有高比强度、轻量化等特点,被广泛应用在船舶工业领域,但耐磨性差、硬度低的缺陷限制了TC4合金在工业中的实际应用。因此,本文以Ti粉、BN粉、石墨烯粉以及稀土LaO粉为熔覆粉末,采用氩弧熔覆技术在TC4合金表面制备了的Ti+BN+G/LaO复合涂层。借助X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪、摩擦磨损试验机等设备,研究了氩弧熔覆的工艺参数、石墨烯以及LaO含量对Ti+BN+G复合涂层组织及性能的影响规律。固定Ti与BN粉末的摩尔3:2,通过研究不同熔覆工艺参数下涂层的表面形貌及显微硬度,结果表明:在熔覆电流为100 A、熔覆速度为3 mm/s、氩气流量为10 L/min、预置粉末厚度为1 mm的条件下,制备的涂层表面平整、无明显缺陷且呈金属光泽,显微硬度较高。为了提高TC4合金涂层表面的硬度与耐磨性,研究了石墨烯含量(0wt.%、1wt.%、3wt.%、5wt.%、7wt.%)对Ti+BN+G涂层组织及性能的影响。研究发现,随着石墨烯的加入,涂层中的增强相由Ti N转变为Ti(N、C)。根据热力学及休莫-罗塞里条件分析,熔池中的C元素与N元素无限固溶发生了置换,断续形核生成了Ti(N、C),组织在一定程度上得到细化。随着石墨烯含量增多,熔池中C元素增多使得Ti(N、C)颗粒增强相持续长大,涂层组织逐渐粗大,降低涂层的性能。当石墨烯含量为5wt.%时,涂层组织细化最为明显,显微硬度较基体提升了3倍,耐磨性提升4.7倍,涂层的磨损机制为磨粒磨损和轻微黏着磨损,因此,石墨烯含量为5wt.%时,Ti+BN+G涂层具有最佳的力学性能。在石墨烯含量为5wt.%的基础上,通过添加不同含量的稀土LaO(1wt.%、2wt.%、3wt.%、4wt.%、5wt.%)来进一步改善涂层的性能。研究发现,稀土LaO的添加并不影响复合涂层中的相组成,复合涂层中的增强相由颗粒状、枝晶状Ti(N、C)和针棒状Ti B组成。通过面扫描分析可知,稀土La元素均匀分布在复合涂层中,抑制了组织的生长,起到细化晶粒的作用。随着LaO含量的增多,复合涂层组织逐渐细化,当LaO含量为4wt.%时,复合涂层中组织细化效果最佳且分布更均匀、致密,复合涂层性能得到进一步优化,与基体相比复合涂层的显微硬度提高了3.7倍,耐磨性提高了9.6倍,磨损机制为磨粒磨损。当LaO含量为5wt.%时,复合涂层组织粗大、分布不均,反而降低了复合涂层的硬度与耐磨性。

关键词：石墨烯 La2O3 钛基复合涂层氩弧熔覆耐磨性

激光熔覆原位Ti-C-B-Al复合涂层的结构特征与力学性能

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材料导报 2024年第2期38卷 173-177页

作者：舒林森张粲东于鹤龙张朝铭陕西理工大学机械工程学院陕西汉中723001 陕西省工业自动化重点实验室陕西汉中723001 绵阳城市学院现代技术学院四川绵阳621000 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072

以钛粉、铝粉和碳化硼粉末为原料,采用同步同轴激光熔覆系统在Ti6Al4V钛合金表面制备含原位自生TiC、TiB以及TiAl金属间化合物增强钛基的Ti-C-B-Al复合涂层,研究了复合涂层的显微组织、物相构成、显微硬度和微纳米力学性能。结果表明,... 详细信息

以钛粉、铝粉和碳化硼粉末为原料,采用同步同轴激光熔覆系统在Ti6Al4V钛合金表面制备含原位自生TiC、TiB以及TiAl金属间化合物增强钛基的Ti-C-B-Al复合涂层,研究了复合涂层的显微组织、物相构成、显微硬度和微纳米力学性能。结果表明,三种粉末在高能激光束的作用下充分反应并生成了TiC、TiB以及TiAl金属间化合物增强相。复合涂层表面光滑,涂层内部无气孔及裂纹,与基体间形成了良好的冶金结合,增强相在涂层内分布均匀,相比于基体,熔覆涂层具有较优的力学性能。涂层硬度在460HV_(0.3)~510HV_(0.3)之间,同时涂层的纳米力学性能与显微硬度具有较好的对应关系,其中当m(Ti)∶m(Al)∶m(B_(4)C)=84∶12∶4时,制得的涂层具有较优的力学性能。

关键词：支撑膜原位合成钛基复合涂层激光熔覆力学性能