TC21表面激光熔覆Cr元素对Ti-Ni基熔覆层组织与性能的影响

• 作 者: 马欣然
• 出 处: 大连理工大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 钛合金 激光熔覆 Ti-Ni Cr单质 Cr3C2 B

钛合金的密度是钢的一半,约为4.5 g/cm³,具有比强度高、热稳定性好、可焊性好等特点,广泛应用于航空航天、医疗器械和汽车制造等领域。然而,钛合金存在硬度低、摩擦系数高、耐磨性差的缺点,限制其应用范围,故采用表面改性技术改善钛合金表面结构。其中激光熔覆技术,改善效果最为显著。本实验将Ti、Ni粉末铺附于钛合金表面,添加不同含量的增强相,配制成混合粉末,选择合适的工艺参数,进行单道激光熔覆实验,制备出Ti-Ni基复合熔覆层。对熔覆层进行组织和性能测试,其中利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针检测熔覆层组织成分,维氏硬度计、摩擦磨损测量仪评估熔覆层的硬度和耐磨性。探究增强相对熔覆层组织与性能的影响,获得高硬度、高耐磨性的复合熔覆层,为达到提高钛合金表面硬度和耐磨性的目的提供方案。在激光熔覆Ti-Ni基中添加Cr单质,熔覆层生成TiNi、Ti₂Ni、β-Ti及Cr和Ni的金属间化合物。Cr含量为8%时,硬度高达959.64 HV,约为基体的3倍,耐磨性约为基体的2.8倍,Cr元素固溶于Ni元素中,激光熔覆后熔池快速冷却,多余的Cr元素存留在Ni中,造成晶格畸变,固溶强化,提高熔覆层的硬度,但残余应力分布不均匀,位错堆积,影响熔覆层的耐磨性。在激光熔覆Ti-Ni基中添加Cr₃C₂陶瓷增强相,探究Cr₃C₂的含量对熔覆层组织与性能的影响。熔覆层由Ti₂Ni、TiNi、β-Ti、TiC及Cr和Ni的化合物组成,硬度和耐磨性均得到明显改善,Cr₃C₂含量为4%时,硬度值最高位是733HV,是基体的2.3倍,耐磨性为1.150 h·mm^-3,是基体的3.35倍。原位生成的TiC硬质颗粒,弥散分布于熔覆层内,降低熔覆层内的晶格畸变,提高硬度和耐磨性。对比Ti-Ni基中添加Cr单质和Cr₃C₂陶瓷增强相后,发现原位生成的硬质颗粒能明显降低Cr元素造成的晶格畸变。当Cr单质含量为8%时熔覆效果最好,在此基础上添加不同含量的B元素,使其原位生成TiB₂,探究熔覆层的硬度和耐磨性,在提高熔覆层硬度的同时,改善熔覆层的耐磨性。熔覆层由TiNi、Ti₂Ni、Ti、CrB₂及TiB₂硬质颗粒等成分组成。熔覆层B含量为6%时,硬度最高,为696.11 HV,耐磨性是1.563 hmm^-3,约为基体的4倍。在Cr单质的基础上添加B元素,改善熔覆层的耐磨性。