低熔点轻合金表面激光熔覆Ti-Ni-Al合金分析

论文摘要

镁、铝合金因其密度小、比强度高、导电导热性能好成为理想的工程材料。但镁、铝合金较低耐腐蚀性能和力学性能制约了其在生产中的应用。因此采用激光熔覆技术提高轻合金表面性能具有深远的研究意义和应用价值。钛基合金不仅具有良好的耐蚀性能、耐磨性能,还具有很高的强度和硬度,而且与镁、铝合金有较好的物化相容性,是轻合金表面改性的理想材料。本文基于团簇线判据原理,在二元团簇结构附近二元深共晶点,通过加入第三组元的方式设计一系列合金成分,并通过组织、性能测试等进行了成分优化,可知,当Al含量为7.5at.％时,所得合金成分晶粒最细小,熔点低,硬度高且有优良的耐腐蚀性能,成为轻合金表面良好的熔覆材料。在镁合金表面激光熔覆Ti70.3 Ni22.2Al7.5合金,由于镁合金的稀释作用,使涂层中还有少量的镁元素存在。激光功率和光斑直径一定时,涂层主要是由Ti2Ni金属间化合物和β-Ti相组成,激光扫描速度为6mm／s时,获得的涂层具有组织细小,硬度最大,高的耐磨性和耐腐蚀性能。再次,在上述实验优化的工艺参数基础上,在铝合金表面进行了激光熔覆Ti70.3Ni22.2Al7.5合金的实验,获得了具有优良冶金结合的涂层。合金涂层组织是由Ti2Ni金属间化合物和β-Ti相组成。随着激光扫描速度的增加,合金涂层的组织有明显变化,在扫描速度为6mm／s时,组织为细小的锯齿状树枝晶；受晶粒大小的影响,激光扫描速度为6mm／s时涂层获得最大的显微硬度和良好的抗摩擦磨损能力；不同扫描速度下的涂层均具有良好的抗腐蚀能力。比较了在镁合金基体和铝合金基体上激光熔覆的涂层组织与性能,可见,在铝合金基体上获得的涂层组织更为细小,涂层的硬度也有较大提高,而基体材料的变化对涂层合金的耐磨性和耐蚀性影响并不显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金介绍
• 1.2.1 镁及镁合金的性质及其应用
• 1.2.2 镁合金应用存在的主要问题
• 1.3 铝合金介绍
• 1.3.1 铝及铝合金的性质及其应用
• 1.3.2 铝合金应用存在的主要问题
• 1.4 镁合金表面改性研究介绍
• 1.4.1 镁合金化学表面处理
• 1.4.2 镁合金镀层处理
• 1.4.3 镁合金机械表面处理
• 1.5 铝合金表面改性研究介绍
• 1.5.1 铝合金化学转化膜处理
• 1.5.2 铝合金表面金属涂层处理
• 1.5.3 铝合金激光表面处理
• 1.6 激光表面技术
• 1.6.1 激光表面改性技术的特点及应用
• 1.6.2 镁合金激光表面改性研究现状
• 1.6.3 铝合金激光表面改性研究现状
• 1.7 本论文的立题依据及研究内容
• 2 钛基合金熔覆材料成分设计
• 2.1 钛基合金成分设计原理
• 2.2 钛基合金样品的制备
• 2.3 钛基合金性能表征方法
• 2.3.1 合金成分及微观组织分析
• 2.3.2 合金热力学性能分析
• 2.3.3 合金力学性能及耐腐蚀性测试
• 2.4 钛基合金微观组织与性能
• 2.4.1 合金的微观组织
• 2.4.2 Al元素含量对合金微观组织的影响
• 2.4.3 Al元素含量对合金熔点的影响
• 2.4.4 Al元素含量对合金硬度的影响
• 2.4.5 Al元素含量对合金耐腐蚀性的影响
• 2.5 本章小结
• 3 镁合金表面激光熔覆Ti-Ni-Al合金涂层
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 基体材料
• 3.1.2 熔覆材料制备
• 3.2 激光熔覆工艺
• 3.2.1 实验设备
• 3.2.2 涂层熔覆材料的供给方式
• 3.2.3 激光熔覆的工艺参数
• 3.3 分析方法
• 3.3.1 组织分析方法
• 3.3.2 性能分析方法
• 3.4 熔覆层组织与性能
• 3.4.1 激光熔覆Ti-Ni-Al合金涂层组织分析
• 3.4.2 激光熔覆Ti-Ni-Al合金涂层性能分析
• 3.5 扫描速度对合金涂层组织的影响
• 3.6 扫描速度对合金涂层性能的影响
• 3.6.1 扫描速度对Ti-Ni-Al合金涂层硬度的影响
• 3.6.2 扫描速度对Ti-Ni-Al合金涂层耐磨性的影响
• 3.6.3 扫描速度对Ti-Ni-Al合金涂层耐蚀性的影响
• 3.7 本章小结
• 4 铝合金表面激光熔覆Ti-Ni-Al合金
• 4.1 实验材料与实验方法
• 4.2 激光熔覆Ti-Ni-Al涂层组织分析
• 4.2.1 熔覆涂层组织分析
• 4.2.2 扫描速度对熔覆涂层组织的影响
• 4.3 激光熔覆Ti-Ni-Al合金涂层硬度分析
• 4.3.1 Ti-Ni-Al合金涂层硬度分析
• 4.3.2 扫描速度对合金涂层硬度的影响
• 4.4 激光熔覆Ti-Ni-Al合金涂层摩擦性能分析
• 4.4.1 Ti-Ni-Al合金涂层耐磨性分析
• 4.4.2 扫描速度对合金涂层耐磨性能的影响
• 4.5 激光熔覆Ti-Ni-Al合金涂层耐腐蚀性能分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢