Ti-6Al-4V基体与碳化钨涂层结合性能的分析与优化
采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)分别在Ti-6Al-4V合金和45钢表面制备WC-17Co涂层,从显微形貌、氧化行为、裂纹扩展形式以及力学性能等方面系统研究了WC-17Co涂层与基体界面失效的原因.利用SEM分析了涂层和基体的显微形貌;利用XRD和XPS技术对基体表面的氧化行为进行了对比分析;利用三点弯曲法测试了涂层弹性模量、四点弯曲法测试了界面断裂能量释放率,采用硬度计测试了基体的表面洛氏硬度和显微硬度,同时采用剥离法对涂层残余应力进行了测试.结果表明,在相同的喷涂工艺下,WC-17Co/Ti-6Al-4V平均断裂能量释放率为234.43J.m-2,WC-17Co/45钢平均断裂能量释放率为463.18J.m-2.因此,WC-17Co/Ti-6Al-4V界面结合强度较低,经研究主要受以下几方面原因综合影响:1)Ti-6Al-4V具有较高的表面屈服强度,高速喷涂粒子很难对其表面产生塑性变形,不能与基体形成有效咬合;2)喷涂过程中的热量对Ti-6Al-4V表面氧化严重,氧化后的脆硬相降低了涂层与基体间的结合强度;3)WC-17Co/Ti-6Al-4V具有更高的残余应力,且最大值位于界面附近.当界面受力时,残余应力容易形成剪应力,加剧裂纹沿界面方向的扩展.为了最大化提高WC-17Co/Ti-6Al-4V界面结合强度,本文在不改变喷涂工艺的情况下,从表面粗化处理和涂层厚度两方面探究了表面粗糙度与残余应力对WC-17Co/Ti-6Al-4V界面结合性能的影响.结果表明:1)大的表面粗糙度会提高界面结合性能,但达到一定值后界面结合强度反而降低,在喷砂工艺为60目/40Psi时,粗糙度为20.845μm,此时WC-17Co/Ti-6Al-4V的界面断裂能量释放率值最大,为259.0J.m-2;2)涂层厚度越大,界面处残余应力值越高,越容易引起裂纹沿界面的方向扩展,WC-17Co/Ti-6Al-4V的界面断裂能量释放率值越低.经研究,最佳喷涂厚度为0.21mm~0.3mm.
- 作者：
- 孙振
- 学位授予单位：
- 中国民航大学
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2014年
- 导师姓名：
- 纪朝辉
- 中图分类号：
- TG174.44
- 关键词：
- 超音速火焰喷涂；Ti-6Al-4V；WC-17Co；XPS；断裂能量释放率；残余应力
- HVOF； Ti-6Al-4V； WC-17Co； XPS； fracture energy release rate； residualstress