钛合金表面激光熔覆改性技术课件.ppt

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1、钛合金表面激光熔覆改性技术2015-01-201激光熔覆技术原理：在基材表面选择合适的涂层材料，利用高功率密度的激光束使之与基材表面极稀薄层同时熔化，并快速凝固后表面涂层，从而显著改善基材表面特性的工艺方法。特点：可以在工件表面制备高性能涂层，进行单层或多层熔覆，涂层厚度不受限制冷却速率高，熔覆层可以获得细晶组织熔覆效率比较高，单道熔覆层厚度可以超过1mm可以实现局部的精密熔覆和修复，减少后续加工熔覆层的成分和性能不受基体材料的影响。激光熔覆热影响区小，不会破坏工件的力学性能激光熔覆技术原理图钛

2、合金激光熔覆材料分类陶瓷包括氮化物，碳化物，氧化物等，例如TiN，SiC，Al2O3，BN，TiB等。陶瓷材料常被用于钛合金激光熔覆涂层，可以获的很好的耐磨性以及良好的高温性能。其缺点是陶瓷相很脆，易产生缺陷，采用预置粉法，有时很难得到均匀的涂层。金属或合金现在已经很少使用单纯的金属或者合金作为熔覆层材料了。其中Ni基合金，Fe基合金，Co基合金被广泛使用。尤其是Ni基合金具有很好的高温耐磨耐蚀性能，并且很容易和基体结合。复合材料激光熔覆技术最常采用的材料，分为陶瓷基复合材料和金属基复合材料。一

3、般使用金属或合金作为基体，把硬质的陶瓷相颗粒粘结在一起，起到弥散强化的作用。常用的有Ti–TiC，Al–TiC，Ti–Al–B4C，Ti+Ni+B4C等，在激光熔覆时原位生成TiC,TiB,TiNi,Ti2Ni等强化相。某些添加剂稀土元素，例如Y，Ce，La具有独特的物理和化学性质，常被用作激光熔覆的添加剂。稀土元素可以起到细化晶粒的作用，还可以提高熔体流动性，有利于熔渣的排除。氧化钇稳定氧化锆（YPSZ）也常被用来作为添加剂来抑制裂纹的产生。3钛合金在应用中存在的一些问题耐磨性能钛合金具有比强

4、度高、耐蚀性能好等优点，是航天、航空、汽车、船舶和化工等部门中广泛使用的结构材料。但是，由于钛合金硬度较低（约360HV），用在摩擦部位时，易产生磨损而失效，这就阻碍了钛合金的广泛使用，限制了它在运动构件上的应用。耐蚀性能和抗氧化性能Ti是一种很活泼的金属，在常温下钛合金表面会有一层致密的氧化膜起到保护的作用，但是在高温下，氧化膜会失去保护的作用，导致钛合金构件因为氧化腐蚀而失效。生物相容性钛合金具有较好的生物组织相容性和很高的比强度,是制备人工骨骼比较理想的材料。但是纯Ti的机械强度较低，也不

5、耐磨，为了提高Ti的机械性能，常添加Al、V、Mo、Zr、Nb等元素形成合金，但这是以牺牲其生物相容性为代价的。这些合金元素会缓慢的释放，对人体造成影响。4提高耐磨性能——激光熔覆合成自润滑耐磨涂层自润滑耐磨涂层：在熔覆层中包含一定量的固体润滑材料，如WS2，MoS2。这些材料具有很低的剪切强度，在摩擦条件下容易发生滑移，形成光滑的薄片，在中间起到润滑的作用。基材：Ti-6Al-4V熔覆材料：NiCr/Cr3C2–30%WS2使用1.5KwCO2激光器，光斑直径4mm，扫描速率6mm/s，N2作

6、为保护气得到结合良好的熔覆层提高耐磨性能的手段：提高材料表面硬度提高表面光洁度采用润滑剂采用TiN，SiC等陶瓷涂层虽然可以获得很高的表面硬度，但是其摩擦系数一般也较高，这会导致摩擦时产生高温，高接触应力，不利于耐磨性能的提高。5熔覆层组成为：γ-NiCrAlTi/TiC+TiWC2/CrS+Ti2CS其中γ-NiCrAlTi为柔软的基体相，TiC+TiWC2为高硬度的碳化物相，CrS+Ti2CS，为弥散分布的硫化物，起到固体润滑的作用激光熔覆合成自润滑耐磨涂层熔覆层硬度在1000HV以上，远远

7、高于基体材料（360HV）得益于大量的碳化物TiC+TiWC2弥散分布起到强化作用6激光熔覆合成自润滑耐磨涂层20℃下磨损形貌，左边基材，右边熔覆层使用直径4mm的Si3N4陶瓷球，加载力5N，磨损40min。熔覆层的摩擦系数比基体低很多，相应的磨损量也低很多随着温度升高钛合金摩擦系数降低，这是由于生成的氧化膜降低了表面的摩擦系数导致。随着温度升高熔覆层摩擦系数先下降再上升钛合金的磨损机理为塑性变形，显微切削熔覆层的磨损机理为疲劳磨损和磨粒磨损7提高抗氧化性能——激光熔覆TiVCrAlSi高熵合

8、金涂层基材：Ti–6Al–4V粉末：使用纯度达99.5%的高纯粉末，考虑到某些元素易损失，使用比为Ti:V:Cr:Al:Si=6:13.9:11.5:11:8(wt.%)的粉末，来实现等摩尔比的熔覆。激光功率2KW（CO2激光器），扫描速度3.0mm/s，送粉率2g/min，光斑直径2.5mm，扫描间距1.5mm左边为熔覆层的宏观形貌以及断面组织可以看到熔覆层和基体形成良好的冶金结合。高熵合金：具有5种或者5种以上合金元素以等摩尔比或近等摩尔比混合形成的固溶体合金。具有很好的力学性能，耐磨耐蚀性