激光熔覆颗粒增强钛基复合材料组织与性能研究
钛基复合材料(Titanium Matrix Composites,TMCs)具有比钛合金更高的比强度,以及极佳的蠕变和疲劳性能,且克服了钛合金耐磨性能差、弹性模量低等不足,在航空航天、医疗工程、化学工业等领域得到广泛应用.本文通过激光单道单层扫描实验,探索本课题所需要的TMCs的合适激光工艺参数;采用激光熔覆技术,以TA15和B4C的混合粉末为原料,原位合成以TiB-TiC为增强相的颗粒增强钛基复合材料.借助XRD、SEM、EDS和硬度测试、室温拉伸实验和室温耐磨实验,研究本课题所制得的TMCs的组织、力学性能和耐磨性能.试验结果表明,激光熔覆颗粒增强钛基复合材料的合适激光成形工艺参数范围为:激光功率1600~2000W,扫描速度6~8mm/s,送粉速率7.5~9.5g/min.四种钛基复合材料中增强相的大小和形态存在差异,但由XRD结果表明,四种钛基复合材料的组织均由α-Ti、β-Ti、TiC和TiB四种相组成.钛基复合材料增强相的主要形态有棱柱状、晶须状和近似等轴状颗粒,且随着B4C添加量的增加,原位合成的增强相数量增多,尺寸增大.其中,棱柱状和晶须状的增强相为Ti B,近似等轴状增强相为TiC.而增强相的尺寸大小和形状与其自身的晶体类型及结构和从液相中凝固析出的过程密切相关.TiB为B27结构,易于生成晶须状或棱柱状.而TiC的晶体结构为NaCl型,易于生成等轴状的结构.性能测试的结果表明:随着增强相含量的增加,钛基复合材料的硬度呈增高趋势,摩擦系数变化不大,磨损失重和抗拉强度均呈先减小后增大的趋势,延伸率呈下降趋势.B元素和C元素含量为0.83 wt%和0.44 wt%的钛基复合材料的抗拉强度最高,摩擦系数最小;而B元素和C元素含量为1.2wt%和0.84wt%的钛基复合材料的磨损失重最少,与基材相比减少了47%.钛基复合材料的断裂方式均为准解理断裂,磨损机制均为磨粒磨损和极少量氧化磨损.
- 作者：
- 兰姣姣
- 学位授予单位：
- 沈阳航空航天大学
- 专业名称：
- 机械设计及理论
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 何波
- 中图分类号：
- TB333
- 关键词：
- 钛基复合材料；激光熔覆技术；耐磨性能；抗拉强度；准解理断裂
- Titanium matrix composites； laser cladding； wear-resistant properties； tensile strength； Quasi-cleavage fracture