钛合金TC4表面激光熔覆纳米陶瓷涂层的实验研究

论文摘要

钛合金具有密度小、比强度高、抗腐蚀性好等优异性能,其在航空航天行业中被广泛应用。但钛合金的低硬度和较差的抗耐磨性能严重地限制了其应用。本课题目的主要是研究如何通过涂层手段提高TC4的抗耐磨性能。具体研究内容包括涂层设计、实验过程和测试分析。涂层材料方面采用普通微米级和纳米结构的Al2O3+13wt.%TiO2粉末进行对比;工艺方面选择等离子喷涂工艺为预置方式,然后进行激光熔覆,并与未经激光熔覆的涂层进行对比。实验结果的测试分析结合了本课题实验目的,进行了实验的设计并制造了相应的试验辅助装备,主要分为涂层微观组织检测分析和力学性能检测分析。前者采用SEM扫描电镜对涂层的表面和横截面的进行观察,分析其形貌、结构和微观特征,同时采用XRD物相分析对涂层的物相组织进行观察分析。后者则分别通过显微硬度仪、点磨损实验、面磨损试验、拉伸试验对其涂层的显微硬度、耐磨性、结合性能进行检测分析。通过实验结果的测试分析,阐述涂层形成的过程、机理和规律,同时进一步修正实验的工艺参数,从而得到符合要求且性能更加优异的钛合金表面涂层,达到提高钛合金TC4表面耐磨性等相关性能的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钛合金
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 钛合金的特点、应用及发展方向
• 1.1.3 钛合金的表面改性技术
• 1.2 激光熔覆技术概述
• 1.2.1 激光熔覆技术的定义及其特点
• 1.2.2 激光熔覆材料体系及其相应的涂层性能
• 1.2.3 激光熔覆涂层的质量控制
• 1.3 等离子喷涂技术概述
• 1.3.1 等离子喷涂原理及其特点
• 1.3.2 等离子喷涂技术在激光熔覆中的应用
• 1.4 纳米（结构）陶瓷涂层概述
• 1.4.1 纳米材料
• 1.4.2 纳米复合涂层
• 1.4.3 激光熔覆在纳米陶瓷涂层中的应用
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 实验材料和实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 涂层材料
• 2.2 等离子喷涂
• 2.2.1 等离子喷涂设备
• 2.2.2 基体表面预处理
• 2.2.3 等离子喷涂试样夹具的设计
• 2.2.4 等离子喷涂工艺参数的选择
• 2.3 激光熔覆
• 2.3.1 激光熔覆设备
• 2.3.2 激光熔覆工艺参数的选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 涂层微观组织分析
• 3.1 涂层试样SEM 分析
• 3.1.1 等离子喷涂涂层的SEM 分析
• 3.1.2 激光重熔涂层的SEM 分析
• 3.2 涂层试样XRD 物相分析
• 3.2.1 AT13 涂层的物相分析
• 3.2.2 n-AT13 涂层的物相分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 涂层性能检测与分析
• 4.1 涂层显微硬度检测分析
• 4.1.1 涂层显微硬度的检测
• 4.1.2 涂层表面显微硬度的分析
• 4.1.3 涂层横截面显微硬度的分析
• 4.2 涂层耐磨性能分析
• 4.2.1 涂层冲蚀磨损试验
• 4.2.2 涂层点-面摩擦磨损试验
• 4.2.3 涂层面-面摩擦磨损试验
• 4.3 涂层结合性能分析
• 4.3.1 实验过程
• 4.3.2 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文