7075铝合金表面激光熔覆Ti/TiBCN涂层的组织与性能研究

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铝合金具有密度低、比强度大、塑性韧性好、热膨胀系数低和易加工等诸多优点,广泛应用于汽车、船舶和航空航天等领域,但铝合金硬度低和摩擦磨损性能差限制了其实际应用。因此,采用表面改性技术提高铝合金硬度和耐磨性具有重要的现实意义。本文以7075铝合金为研究对象,使用激光熔覆技术在铝合金表面制备了金属/陶瓷复合涂层以提高其表面性能。研究了工艺参数对7075铝合金表面激光熔覆Ti粉末熔覆层几何特征的影响规律。激光功率、扫描速度、送粉率是影响熔覆层几何特征的三个重要参数。研究表明:熔高的线性拟合关系式是P1/4S-4/5F,相关系数R=0.97。熔宽和熔深的线性关系式分别是P1/3S-1/3和P4/5S-1/3F-1/5、线性相关系数为0.95、0.96。稀释率和润湿角是是否能形成良好冶金结合的重要几何特征值,线性关系式是P1/8S1/5F-1/2和P1/2S-3/4F3/4,相关系数为R=0.95、0.96。绘制出一幅几何特征值与工艺参数之间的总图,阴影部分的工艺参数可以形成良好的冶金结合,选取最佳工艺参数:激光功率1000W,扫描速度3mm/s,送粉率250mg/s。研究了不同TiBCN陶瓷粉末含量对熔覆层宏观形貌、相组成的影响,当TiBCN含量为15wt.%时,研究了熔覆层不同区域的微观组织结构。研究表明:随着TiBCN陶瓷粉末含量的增加熔覆层熔高逐渐降低,当TiBCN陶瓷粉末含量在15wt.%时,熔覆层呈现出较平坦密实的宏观形貌,熔覆层存在大量的TiBCN、TiN、Al3Ti相和少量的Al、Ti相。熔覆层微观组织主要由等轴晶和各向等大的白色板条状晶体组成,过渡区的微观组织由细长的树突晶和部分的白色小颗粒组成,热影响区的组织主要由横向的等轴晶组成,横向的等轴晶富Al。研究了不同TiBCN陶瓷粉末含量对熔覆层显微硬度、耐磨损性和耐腐蚀性能的影响规律。当TiBCN陶瓷粉末含量在15wt.%时,熔覆层平均硬度达到750HV0.2,是7075铝合金基体(127HV0.2)的5倍,熔覆层TiBCN含量为0wt.%时,比7075铝合金基体腐蚀性能下降,熔覆层TiBCN含量为15wt.%,耐腐蚀性能最好,腐蚀电位达到-1.271 V,腐蚀电流密度3.155e-005A/cm2比基体(2.269e-004A/cm2)大一个数量级。随着TiBCN含量的增加,熔覆层平均摩擦系数下降,在相同的磨损条件下,当TiBCN含量为15wt.%时,平均摩擦系数为0.182,磨损损失量为2.4mg,而基体的磨损损失量是8.2mg。7075铝合金表面存在深且宽的凹槽,破坏严重,当TiBCN含量15wt.%时,有浅而细的犁沟和塑性变形。
摘要第4-6页
abstract第6-7页
1.绪论第11-25页
    1.1 铝及7075铝合金第11-12页
    1.2 常用铝合金表面处理技术第12-17页
        1.2.1 热喷涂第12-13页
        1.2.2 溶胶—凝胶第13-14页
        1.2.3 气相沉积第14页
        1.2.4 微弧氧化第14-15页
        1.2.5 阳极氧化第15-16页
        1.2.6 电镀第16页
        1.2.7 激光表面改性第16-17页
    1.3 激光熔覆技术简介第17-19页
        1.3.1 激光熔覆技术的发展第17-18页
        1.3.2 激光熔覆的应用领域第18-19页
    1.4 铝合金表面激光熔覆研究现状第19-23页
        1.4.1 自熔性合金粉末第19-21页
        1.4.2 高熵合金粉末第21-22页
        1.4.3 复合粉末第22-23页
        1.4.4 陶瓷粉末第23页
    1.5 本文的课题选题意义及研究内容第23-25页
        1.5.1 选题意义第23页
        1.5.2 研究内容第23-25页
2.实验内容及研究方法第25-33页
    2.1 实验材料第25-27页
        2.1.1 基体的选择第25页
        2.1.2 熔覆材料的选择第25-27页
    2.2 实验设备第27-28页
    2.3 实验技术路线第28-30页
        2.3.1 激光熔覆实验设计第28-29页
        2.3.2 激光熔覆实验流程第29-30页
    2.4 样品表征第30-31页
        2.4.1 试样制备方法第30页
        2.4.2 X射线衍射分析第30-31页
        2.4.3 扫描电镜和能谱分析第31页
    2.5 性能测试第31-33页
        2.5.1 显微硬度测试第31页
        2.5.2 电化学腐蚀测试第31-32页
        2.5.3 磨损性能测试第32-33页
3.7075 铝合金表面激光熔覆Ti粉末几何特征的研究第33-49页
    3.1 引言第33页
    3.2 工艺参数对宏观几何特征的影响第33-46页
        3.2.1 工艺参数与熔高的关系第34-38页
        3.2.2 工艺参数与熔宽的关系第38-40页
        3.2.3 工艺参数与熔深的关系第40-42页
        3.2.4 工艺参数与稀释率的关系第42-45页
        3.2.5 工艺参数与润湿角的关系第45-46页
    3.3 最优工艺参数的确定第46-47页
    3.4 本章小结第47-49页
4.7075 铝合金表面激光熔覆Ti/TiBCN复合涂层组织形貌的研究第49-57页
    4.1 引言第49页
    4.2 TiBCN含量对熔覆层宏观形貌的影响第49-51页
    4.3 TiBCN含量的对熔覆层相组成和微观结构的影响第51-55页
        4.3.1 TiBCN含量对熔覆层相组成的影响第51页
        4.3.2 TiBCN含量对熔覆层微观结构的影响第51-53页
        4.3.3 TiBCN熔覆层显微组织结构分析第53-55页
    4.5 本章小结第55-57页
5.7075 铝合金表面激光熔覆Ti/TiBCN复合涂层性能研究第57-64页
    5.1 引言第57页
    5.2 TiBCN含量对熔覆层显微硬度的影响第57-59页
    5.3 TiBCN含量对熔覆层耐腐蚀性能的影响第59-60页
    5.4 TiBCN含量对熔覆层摩擦磨损性能的影响第60-63页
    5.5 本章小结第63-64页
6.结论第64-66页
参考文献第66-74页
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果第74-75页
致谢第75-76页
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