鈦合金表面激光熔覆改性技術(shù)課件

1、鈦合金表面激光熔覆改性技術(shù)2015-01-201激光熔覆技術(shù)原理：在基材表面選擇合適的涂層材料，利用高功率密度的激光束使之與基材表面極稀薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后表面涂層，從而顯著改善基材表面特性的工藝方法。 特點(diǎn)：可以在工件表面制備高性能涂層，進(jìn)行單層或多層熔覆，涂層厚度不受限制冷卻速率高，熔覆層可以獲得細(xì)晶組織熔覆效率比較高，單道熔覆層厚度可以超過(guò)1mm可以實(shí)現(xiàn)局部的精密熔覆和修復(fù)，減少后續(xù)加工熔覆層的成分和性能不受基體材料的影響。激光熔覆熱影響區(qū)小，不會(huì)破壞工件的力學(xué)性能激光熔覆技術(shù)原理圖鈦合金激光熔覆材料分類(lèi)3陶瓷 包括氮化物，碳化物，氧化物等，例如TiN，SiC，Al2O3，BN，T

2、iB等。陶瓷材料常被用于鈦合金激光熔覆涂層，可以獲的很好的耐磨性以及良好的高溫性能。其缺點(diǎn)是陶瓷相很脆，易產(chǎn)生缺陷，采用預(yù)置粉法，有時(shí)很難得到均勻的涂層。金屬或合金 現(xiàn)在已經(jīng)很少使用單純的金屬或者合金作為熔覆層材料了。其中Ni基合金，F(xiàn)e基合金，Co基合金被廣泛使用。尤其是Ni基合金具有很好的高溫耐磨耐蝕性能，并且很容易和基體結(jié)合。復(fù)合材料 激光熔覆技術(shù)最常采用的材料，分為陶瓷基復(fù)合材料和金屬基復(fù)合材料。一般使用金屬或合金作為基體，把硬質(zhì)的陶瓷相顆粒粘結(jié)在一起，起到彌散強(qiáng)化的作用。常用的有TiTiC，AlTiC ， TiAlB4C，Ti + Ni + B4C等，在激光熔覆時(shí)原位生成TiC, T

3、iB, TiNi, Ti2Ni等強(qiáng)化相。某些添加劑 稀土元素，例如Y，Ce，La具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，常被用作激光熔覆的添加劑。稀土元素可以起到細(xì)化晶粒的作用，還可以提高熔體流動(dòng)性，有利于熔渣的排除。氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YPSZ）也常被用來(lái)作為添加劑來(lái)抑制裂紋的產(chǎn)生。提高耐磨性能激光熔覆合成自潤(rùn)滑耐磨涂層5自潤(rùn)滑耐磨涂層：在熔覆層中包含一定量的固體潤(rùn)滑材料，如WS2，MoS2。這些材料具有很低的剪切強(qiáng)度，在摩擦條件下容易發(fā)生滑移，形成光滑的薄片，在中間起到潤(rùn)滑的作用?；模篢i-6Al-4V熔覆材料： NiCr/Cr3C230%WS2使用1.5KwCO2激光器，光斑直徑4mm，掃描速率6mm

4、/s，N2作為保護(hù)氣得到結(jié)合良好的熔覆層提高耐磨性能的手段：提高材料表面硬度提高表面光潔度采用潤(rùn)滑劑采用TiN，SiC等陶瓷涂層雖然可以獲得很高的表面硬度，但是其摩擦系數(shù)一般也較高，這會(huì)導(dǎo)致摩擦?xí)r產(chǎn)生高溫，高接觸應(yīng)力，不利于耐磨性能的提高。6熔覆層組成為：-NiCrAlTi/TiC + TiWC2/CrS + Ti2CS其中-NiCrAlTi 為柔軟的基體相，TiC + TiWC2為高硬度的碳化物相， CrS + Ti2CS，為彌散分布的硫化物，起到固體潤(rùn)滑的作用激光熔覆合成自潤(rùn)滑耐磨涂層熔覆層硬度在1000HV以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基體材料（360HV）得益于大量的碳化物TiC + TiWC2彌散分

5、布起到強(qiáng)化作用7激光熔覆合成自潤(rùn)滑耐磨涂層20下磨損形貌，左邊基材，右邊熔覆層使用直徑4mm的Si3N4陶瓷球，加載力5N，磨損40min。熔覆層的摩擦系數(shù)比基體低很多，相應(yīng)的磨損量也低很多隨著溫度升高鈦合金摩擦系數(shù)降低，這是由于生成的氧化膜降低了表面的摩擦系數(shù)導(dǎo)致。隨著溫度升高熔覆層摩擦系數(shù)先下降再上升鈦合金的磨損機(jī)理為塑性變形，顯微切削熔覆層的磨損機(jī)理為疲勞磨損和磨粒磨損提高抗氧化性能激光熔覆TiVCrAlSi高熵合金涂層基材： Ti6Al4V粉末：使用純度達(dá)99.5%的高純粉末，考慮到某些元素易損失，使用比為T(mén)i:V:Cr:Al:Si=6:13.9:11.5:11:8(wt.%)的粉末，

6、來(lái)實(shí)現(xiàn)等摩爾比的熔覆。激光功率 2KW（CO2 激光器），掃描速度 3.0mm/s，送粉率2 g/min，光斑直徑2.5mm，掃描間距1.5mm左邊為熔覆層的宏觀形貌以及斷面組織可以看到熔覆層和基體形成良好的冶金結(jié)合。高熵合金：具有5種或者5種以上合金元素以等摩爾比或近等摩爾比混合形成的固溶體合金。具有很好的力學(xué)性能，耐磨耐蝕性能和高溫性能。 希望用激光熔覆的方法在鈦合金表面制備高熵合金涂層來(lái)提高其高溫抗氧化性能。激光熔覆TiVCrAlSi高熵合金涂層的抗氧化性10氧化膜由SiO2，Cr2O3，TiO2，Al2O3和少量的V2O5組成，多種氧化物相互配合，起到了很好的保護(hù)作用?？梢钥吹饺鄹矊硬?/p>

7、料的增重，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基體Ti6Al4V。并且熔覆層在氧化膜形成后，增重基本停止，而Ti6Al4V一直持續(xù)的增重，說(shuō)明鈦合金高溫下形成的氧化膜無(wú)法起到保護(hù)的作用。12激光熔覆原位合成羥基磷灰石（HA）涂層可以看到熔覆層和過(guò)渡層，過(guò)渡層和基材都結(jié)合良好，沒(méi)有明顯缺陷。熔覆層中可以看見(jiàn)細(xì)小的直徑組織，沿著溫度梯度的方向生長(zhǎng)。XRD結(jié)果顯示，在熔覆層中有HA被合成出來(lái)。同時(shí)還有CaTiO3生成， CaTiO3主要集中在過(guò)渡層。參考文獻(xiàn)141. Fei Weng, Chuanzhong Chen, Huijun Yu. Research status of laser cladding on titani

8、um and its alloys- A review. Materials and Design (2014) 58:4124252. Xiu-Bo Liu, Xiang-Jun Meng, Hai-Qing Liu, Gao-Lian Shi, Shao-Hua Wu, Cheng-Feng Sun,Ming-Di Wanga, Long-Hao Qi. Development and characterization of laser clad high temperature self-lubricating wear resistant composite coatings on T

9、i6Al4V alloy. Materials and Design (2014) 55:4044093. Can Huang, Yongzhong Zhang. Thermal stability and oxidation resistance of laser clad TiVCrAlSi high entropy alloycoatings on Ti6Al4V alloy, Surface & Coatings Technology, (2011)4. D.G. Wang, C.Z. Chen, J. Ma, G. Zhang. In situ synthesis of hydrox

10、yapatite coating by laser claddin. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (2008) 66:1551625. Min Zhenga, Ding Fan, Xiu-Kun Li, Wen-Fei Li, Qi-Bin Liu, Jian-Bin Zhang. Microstructure and osteoblast response of gradient bioceramic coating on titanium alloy fabricated by laser cladding. Applied Surface Science (2008) 255: 4264286.