TC6钛合金激光喷丸纳米组织特性及热稳定性研究(英文)

应用Nd:YAG高功率激光器对TC6钛合金试样进行了激光喷丸,对部分强化试样623K真空保温10h。应用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射电镜(EBSD)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等设备对试样强化层形貌和纳米组织进行检测,采用显微硬度计进行显微硬度测量。测试结果表明:TC6钛合金激光喷丸表面完整性好,未在表面引入微裂纹,表面粗糙度较传统表面强化低;激光喷丸后距离表面200μm范围内α相在冲击波作用下压缩伸长,α相和β相细化,保温后SEM测试显示强化层组织和强化层深度未发现明显变化;强化后衍射峰变宽,说明强化层发生剧烈塑性变形导致晶粒细化,并留有残余应变,未发现新的衍射峰说明强化过程中没有发生相变;强化后TC6钛合金表层产生纳米晶,保温后强化层位错密度降低,纳米晶晶界更加清晰,未发现纳米晶长大;激光喷丸硬度影响层达500μm,表面硬度提高12.2%,保温后表面显微硬度降低10HV0.5,硬化深度未发现变化。以上研究表明,TC6激光喷丸纳米组织和显微硬度在623K温度下具有较好的热稳定性,有利于提高钛合金的抗疲劳、抗磨损和抗应力腐蚀的性能,从而突破了美国规范AMS2546中关于钛合金只能在589K温度下应用的限制。     

纯Ti及Ti-6Al-4V双层辉光离子渗Mo

针对钛(T i)合金存在的耐磨性较差的问题,采用双层辉光离子渗金属技术,在工业纯T i和T i合金T i-6A l-4V合金表面渗钼(M o),制备出T i-M o合金层。渗层组织为-βT i(M o)固溶体,成分及硬度均呈梯度分布。利用划痕法研究了渗层与基体间的结合强度,结果表明:渗M o后,持续加载100 N未发生渗层剥落现象;球盘磨损实验表明,T i-6A l-4V渗M o后,比磨损率降低为基体材料的1/500。磨损性能的提高得益于表面合金层中M o元素固溶强化而产生的高硬度。     

分光光度法测量钛合金酸洗液中的钛离子含量

钛合金零件荧光渗透检测前需要在氢氟酸-硝酸溶液中酸洗,以去除钛合金表面的氧化物。本文建立了采用紫外-可见光分光度法测量钛合金酸洗液中钛含量的分析方法,探讨了钛合金酸洗液的前处理方法对酸洗液中钛含量检测的影响。实验结果表明,标准无氟钛溶液和常规酸洗液中的钛的吸收峰均为360 nm,但其含量与吸光度的线性关系系数差别明显,这主要与酸洗液中含氢氟酸有关。对酸洗液进行高温除氢氟酸处理,并使用双氧水与钛离子络合,可以消除氟离子的干扰,钛离子吸收峰在410 nm处,对不同的钛合金酸洗液,其回收率在97.78%~104.18%之间。该方法准确、快速,具有良好的准确度,能够满足日常生产检查需要。     

TC21合金表面Al-Cr涂层的制备及其高温抗氧化性

利用双辉等离子渗金属技术和多弧离子镀技术在TC21钛合金表面制备了Al Cr复合涂层,并于750,850,950 ℃下进行了抗高温氧化性能研究。结果表明：Al-Cr涂层分为纯Al层、AlCr合金层、纯Cr层及扩散层,厚度约为48 μm,涂层连续致密、无贯穿性裂纹,并且与基体结合紧密。氧化过程中,Al Cr涂层表面能形成致密的Al2O3氧化层,阻止O元素向内扩散侵蚀基体,使涂层具有优异的抗高温氧化性能;Cr的存在既促进了Al的选择性氧化,同时又使得涂层的自修复能力得到增强。Al Cr复合涂层显著提高了TC21合金的高温抗氧化性。     

钨表面双辉等离子渗镍组织及机理

采用双辉等离子渗金属技术在钨表面进行渗镍实验,并采用XRD,SEM,EDX等分析手段对渗镍试样的微观组织进行了表征。结果表明,镍改性层与基体结合良好,无明显缺陷。改性层与基体表面之间存在明显的扩散层,扩散层中存在少量NiW和Ni4W中间相。利用划痕法研究了渗镍层与基体间的结合强度。结果表明:持续加载100 N未发生改性层剥落现象。对钨表面双辉等离子渗镍改性层的形成机制进行了探讨。     

新型损伤容限钛合金高速铣削表面完整性分析(英文)

研究新型损伤容限钛合金TC21在不同的刀具磨损状态下,采用高速铣削与常规铣削的加工表面完整性,重点研究表面粗糙度、加工硬化层、金相组织等因素对表面完整性的影响。结果表明,高速铣削能够获得良好的表面质量并提高加工的效率,同时通过观察加工硬化层与金相组织可以发现,即使是刀具在严重磨损的状态下,也不会出现比较严重的加工硬化现象。     

不同温度下TC21钛合金等离子表面渗Cr层的摩擦磨损性能

为提高TC21合金的摩擦磨损性能，采用双辉等离子冶金技术在TC21合金表面制备渗Cr改性层，利用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM),能谱仪(Energy dispersive spectromenter,EDS),显微硬度仪和划痕仪等研究了渗Cr层的组织形貌特征、硬度及结合强度，并 在20,300,500 ℃条件下使用摩擦磨损试验机对基体及渗Cr层的摩擦磨损性能进行对比、探究，并分析磨损机理。结果表明：渗Cr层厚度为30μm，均匀致密，与基体结合力至少能承受64 N的垂直载荷；改性层表面硬度超过1 000 HV0.1，约为基体的3倍；TC21合金渗Cr后，不同温度下的减摩性能和耐磨性能均得到提高。在室温下TC21基体磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损，而渗Cr层的磨损机理主要是磨粒磨损；500 ℃时基体粘着磨损和氧化磨损程度变得更加严重，渗Cr层磨损机理是剥层磨损和氧化磨损。      

功能电极烧蚀加工典型难加工材料实验研究

为研究功能电极电火花诱导烧蚀加工对难加工材料的适用性和影响因素,选取镍基高温合金GH4169、淬火模具钢Cr12、钛合金TC4、钛铝合金TAC-2四种典型难加工材料进行常规电火花加工(Electric discharge machining,EDM)和功能电极烧蚀加工对比实验。结果表明:烧蚀加工对难加工材料有广泛的适用性,其加工效率分别为相同条件下常规电火花加工的37.3倍、13.5倍、58.7倍和13.7倍。研究发现:随着金属活泼性的提高,燃烧消耗和燃烧热的熔化作用增强,烧蚀作用增大;烧蚀加工表面的氧化层特性对烧蚀加工效率的提高有决定性作用;内喷液加工反镀现象的减小、烧蚀加工效率的提高量、氧化层的特性等因素决定着电极的相对损耗。     

渗氮处理对TC4钛合金性能的影响

为了在钛合金螺纹表面形成完整的膜层，提高材料耐磨性能，采用金相形貌分析、硬度和强度分析等手段研究了TC4钛合金渗氮过程参数对微观结构及性能的影响。试验结果表明，随着渗氮温度从700℃升至850℃，材料抗拉强度从1 026 MPa降低至930 MPa；延伸率随着温度升高而逐渐增高；表面硬度从529 HV上升至826 HV，相比于渗氮前280 HV，硬度有大幅度的提高；而保温时间从8 h增加至20 h，对材料的硬度和形貌影响较小，按照此工艺可以在钛合金零件表面形成完整的膜层；钛合金硬度的提高主要是因为表面形成了由Ti₂N和α-Ti组成的渗氮改性层表面。     

MB8镁合金微弧氧化膜层耐蚀性研究

本文采用扫描电镜(SEM)、动电位极化曲线及电化学阻抗(EIS)等测试方法,研究了MB8镁合金微弧氧化后陶瓷膜层的耐蚀性能。结果表明:膜层表面分布着大量相对均匀的放电微孔,孔径在1~3μm之间;膜层分为三层,分别为过渡层、致密层和多孔层,其中致密层占总厚度的60%以上,约6~7μm。动电位极化曲线及电化学交流阻抗测试结果显示微弧氧化处理后镁合金的耐蚀性能得到显著提高。     

树脂结合剂CBN砂轮缓进深磨钛合金——CBN砂轮在缓磨中的应用

本文从磨削力、磨削温度、金属去除量、砂轮磨损形态、磨削方式以及工件表面形貌等多方面考察研究了树脂结合剂CBN砂轮在缓进磨削钛合金中的应用,并将其与普通碳化硅砂轮的磨削性能作了对比。实验结果显示,在缓进磨削中,CBN砂轮的磨削性能确实明显优于碳化硅砂轮。CBN砂轮磨削时的力、温度值均较SiC砂轮磨削时要低,砂轮磨损速度远远低于SiC砂轮,磨削表面纹理也优于SiC砂轮。CBN砂轮缓磨钛合金时能长期保持锋利的原因不是由于自锐作用,而是CBN磨料不会与钛合金发生粘附且具有良好耐磨性的缘故。CBN磨料本身所具有的极高的化学稳定性、它的超硬超耐磨特性与缓磨本身的低温特征所构成的最佳工艺组合是解决钦合金难磨问题的理想途径。     

加工钛合金大口径深盲孔的研究

钛合金属难加工材料,其深孔加工的难度更为突出,加工质量不易保证。本文通过实验对比,对加工钛合金大口径深盲孔中出现的偏孔、切屑堵塞、切削振动、刀具破损等主要问题进行了分析,提出了解决办法,得出了切削用量的优化参数。由于钛合金的化学亲和作用,深孔加工刀具的导向条表面易于粘附,结果拉伤已加工表面,造成表面粗糙度上升。加大导向条与孔壁的间隙虽可减少导向条表面的粘附,但同时会引起切削振动的加剧。针对这一矛盾,本文着重对加工刀具的导向条分布、导向条与孔壁的间隙以及导向条的选材方面进行了探讨,提出了以非金属导向条代替硬质合金导向条进行钛合金深孔精加工的方法,使得已加工表面的粗糙度大大降低。这些研究结果对实际加工具有一定的指导作用。     

航天器用镁合金高耐蚀化学镀镍层制备工艺研究

针对镁合金材料耐蚀性差，同时结合航天器电子结构产品对高导电的技术要求，采用碱性镀镍和酸性镀镍相结合的工艺方法，在AZ40M镁合金表面制备具有高耐蚀特性的Ni-P合金镀层。分别采用扫描电镜（Scanning electronic microscope，SEM）、能量色散谱（Energy dispersive spectroscopy，EDS）、X-射线衍射（X-ray diffraction，XRD）对镀层的微观形貌及相组成进行表征分析；采用动电位极化曲线及中性盐雾实验对镀层防腐蚀性能进行评价。实验结果表明：采用该工艺制备的Ni-P合金镀层为明显的非晶态结构，含磷量约为8%，属中磷镀层；当酸性镀镍时间达到60 min以上时，镀层自腐蚀电位在-0.55 V以上，中性盐雾实验48 h表面腐蚀，说明该镀层致密性好，具有优异的耐蚀性能，保证航天器镁合金电子结构产品在地面贮存、实验及空间应用的可靠性。     

激光功率对激光熔覆Ni包WC涂层组织与性能的影响

采用IPG YLS-6000型 大功率光纤激光器在42CrMo合金表面制备Ni包WC涂层，研究激光功率对涂层组织及性能的影响。研究表明:随着激光功率的增大，涂层组织呈粗化趋势;且在激光功率的增大过程中，涂层中WC颗粒逐渐分解为Fe-C化合物，硬度逐渐减小;当激光功率为1 800 W时，显微硬度达到最大值1 050 HV;Ni包WC涂层显著提高了基材的耐磨性，在同等磨损条件下，涂层的磨损量仅为基体试件的1/5，但激光功率对涂层磨损量的影响不大。     

H_3PO_4 C_6H_(11)NaO_7体系中钛合金阳极氧化着色工艺研究

作者在H3PO4 C6 H1 1 NaO7体系中对TC10、TC3、TC1、TA2阳极氧化均能得到丰富色彩。研究表明 ,钛材的成分、电压、pH值、升压方式、氧化时间等对阳极氧化膜的颜色都有一定的影响 ,电压是影响氧化膜颜色的主要因素。此外 ,稀土元素铈和双氧水的加入能提高膜层的耐蚀性。     

钛合金表面多孔TiO2制备及涂层结合强度改进

为了提高钛合金基体与Fe(吸波剂)/环氧涂层的结合强度,采用微弧氧化在钛合金表面制备一定厚度的二氧化钛多孔膜,之后浸涂Fe/环氧树脂涂料。分别研究了微弧氧化中电流、时间等实验参数对钛合金表面形貌和涂层结合强度的影响,并对所制备的氧化多孔膜在拉伸前后进行扫描电子显微镜(SEM)分析。结果表明:多孔TiO2膜的孔径随电流增大而减小,孔密度随电流增大而增大,随时间增加孔径增大,但时间不宜太长,涂层的结合强度随电流以及时间的增大都是先增大后减小,在3 A,4 min时达到最佳值33.62 MPa。     

应变速率对LC4CS铝合金腐蚀性能的影响

在腐蚀环境和外力的协同作用下，铝合金的某些电化学性能将发生明显变化，本文发现，随着应变速率的增加，LC4CS铝合金自腐蚀电位负移的速率也增加，当与阳极氧化后的铝合金耦合时，LC4CS铝合金的耦合电流随应变速率的增加而逐渐增大，应变量大小0．04后的耦合电流急剧增大，在小幅度恒电位方波的作用下，暂态电流呈现新奇的力学效应，可以认为暂态电流的波动，将预示着铝合金表面状态的变化，尽管暂态电流波形受自腐蚀电位负移的影响而不对称，无法从恒电位的负向极化准确测量暂态电流，但是，从该方法所得的结果与耦合状态时的结论仍然是一致的。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。