激光熔覆Ni16Ti6Si7涂层组织与耐磨性

以Ni—Ti—Si合金粉末为原料，利用激光熔覆技术在0Cr18Ni9奥氏体不锈钢基材上制备了以Ni16Ti6Si7初生树枝晶和枝晶间γ-Fe—Ni固溶体组成的耐磨涂层。用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等对涂层组织进行了分析，测试了其在高温干滑动条件下的磨损性能。结果表明，由于Ni16Ti6Si7较高的硬度和具有较好韧性配合的涂层组织，激光熔覆涂层具有优异的高温磨损性能。     

钛合金激光气体合金化表面改性新技术研究

利用激光气体合金化表面改性新技术对钛合金进行表面改性，成功地制得了与基材间为完全冶金结合且梯度过渡的、以树枝状氮化钛为增强相的新型快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层。简要介绍了钛合金激光气体合金化表面改性原理及所获表面改性层组织与性能特点     

钛合金激光气体合金表面性新技术研究

利用激光气体合金化表面改性新技术对钛合金进行表面改性，成功地制得了七基材间为完全冶金结合且梯度过渡的、以树枝状氮化太为增强相的新型快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层。简要介绍了钛合金激光气体合金化表面改性原理及所获表面改性层组织与性能特点。     

TA2钛表面激光合金化制备耐1000℃高温氧化Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层

为了提高钛和钛合金表面的抗高温氧化能力,使用先预置一层硅粉后预置一层铝粉方式,采用激光合金化技术在TA2钛表面制备出耐1000℃高温的Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层,并采用XRD、SEM和等温氧化技术对激光合金化后涂层的组织特征和1000℃、50h空气等温氧化性能进行了系统研究。研究结果表明:涂层主要由初生的Ti_5Si_3相和Ti_5Si_3/Ti_3Al共晶组织组成;复合涂层经过1000℃、50h空气等温氧化后的氧化增重速率约为基体的1/12;复合涂层的氧化产物主要是Ti O_2、Al_2O_3和SiO_2;复合涂层中Ti_5Si_3和Ti_3Al两相的存在是其抗高温氧化性能提高的主要原因。     

金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展

 简要报道本实验室目前在先进航空金属材料激光表面改性及高性能金属零件激光快速成形技术研究与应用的新进展。主要内容包括 :(1 )钛合金耐磨阻燃激光表面合金化与激光熔覆表面改性技术;(2 )刷式密封及指尖密封跑道高温自润滑耐磨涂层新材料及其激光熔覆制备新技术;(3 )难熔金属硅化物复合材料高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及激光熔覆涂层技术;(4 )高性能 /梯度性能钛合金及高温合金结构件激光快速成形技术。     

Ni基合金与γ-TiAl基合金的固态连接规律研究

通过对Ni基合金进行激光熔覆γ-TiAl基合金涂层处理,对γ-TiAl基合金进行激光表面熔凝处理,提出了一种采用激光表面改性技术和超塑扩散连接相结合的Ni基合金/γ-TiAl基合金连接新技术。研究了合金激光改性层的显微组织特征,探讨了Ni基合金/γ-TiAl基合金固态扩散连接的规律。结果表明:激光表面改性技术提高了Ni基合金/γ-TiAl基合金的连接质量,合金通过激光表面改性处理后,采用连接温度850℃、连接压力60MPa、连接时间1h的连接条件及900℃保温0.5h连接后续热处理,实现了Ni基合金/γ-TiAl基合金的连接。     

TiAl基合金组织热稳定性和演化机制及对力学性能的影响

Ti Al基合金由于其优异的综合高温力学及物理性能,成为航空航天轻质高温结构的重要备选材料,其目标使用温度范围在650~1000℃。Ti Al基合金组织在高温长时服役条件下的稳定程度及演化对其力学性能有重要的影响,因此Ti Al基合金组织及性能的热稳定性长期以来一直备受关注。介绍了Ti Al基合金热稳定性研究内涵,对Ti Al基合金在高温条件下的组织演化、相转变现象及机理进行了讨论和分析,包括α2/γ片层团的不连续粗化、γ板条的连续粗化、α2相的分解以及B2(ω)相的变化。归纳总结了主要影响因素(合金元素、温度、时间、热载荷)对Ti Al合金显微组织和力学性能热稳定的影响规律及机制。最后对Ti Al合金热稳定性的研究方向进行了总结和展望。     

TiAl金属间化合物激光表面改性新工艺研究

为提高ＴｉＡｌ金属间化合物的耐磨性，利用激光气体合金化技术对ＴｉＡｌ进行表面改性，在激光表面改性层中成功地制得了以高硬度氮化钛为增强相的新型快速凝固“原位”高耐磨复合材料。激光表面改性层的厚度根据需要可在０．１～１．５ｍｍ范围内调节，激光表面改性层的显微组织及性能可以通过改变激光处理工艺参数而得到灵活的控制。试验结果表明，激光气体合金化是一种提高ＴｉＡｌ化合物耐磨性的先进的表面改性新技术。     

TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

钛及钛合金表面耐磨热处理

综述了近年来为提高钛及钛合金表面耐磨性而采用的热处理表面改性技术,如渗氮、渗硼、离子注入、激光合金化等。讨论了每种工艺方法所获表面改性层的结构和性能特征及其适应范围。其中着重介绍了离子氮化和激光合金化工艺,比较了各自的优缺点,并提出了应进一步研究的方向。     

微量Sc对TiAl基合金显微组织和力学性能的影响

采用透射电子显微分析和力学性能测试方法研究了微量 Sc对 Ti Al合金显微组织和力学性能的影响。结果表明 ,合金的室温抗弯强度和最大挠度均随 Sc含量的增加而下降 ,而合金的高温压缩强度却显著提高。 TEM观察发现 ,Sc的加入使 Ti Al合金中形成大量的呈薄片或颗粒状的 (Sc,Ti) 3 Al相。这种相沿α2 /γ和γ/γT 界面择优分布 ,且与界面位错有交互作用。此种结构组态可能是造成 Ti Al合金的室温性能下降的主要原因。而对于以界面间的滑移为主要变形方式的高温形变 ,由于界面间的滑移受到阻碍作用 ,合金的高温强度得以提高     

电火花表面强化TC4 钛合金的组织与性能

以石墨为电极,分别在煤油和雾介质中对TC4钛合金(表面分别未涂覆及涂覆碳层)进行电火花表面强化.对强化层微观组织、相组成及显微硬度进行了研究.结果表明,所有强化层组织均呈菊花瓣状.合金表面涂覆碳层后强化层表面球状碳化物数量都较未涂覆时明显增加,且在煤油介质中得到的强化层中碳化物在花瓣边缘处聚集,雾介质条件下碳化物分布更为弥散、均匀.对强化层进行物相分析表明,强化相由电极C和基体Ti原位反应生成,强化层由基体α-Ti和TiC相组成.强化层表面显微硬度较原始TC4钛合金相比大幅提高,雾介质中得到的强化层显微硬度值与煤油介质中基本相同,可达800 MPa左右,但分布更为均匀,力学性能更稳定.     

高能束表面改性技术在航空领域的应用

高能束表面改性适用于各种金属和合金,能够显著提升材料表面硬度、耐磨、耐蚀等性能指标,是航空部件实现性能提升的有效手段之一。本文总结了6种高能束表面改性技术的基本原理、设备构成和改性应用,其中激光相变硬化通过马氏体相变强化金属材料表面;激光熔覆通过选择不同粉末实现表面修复和表面性能提升,重点在于控制裂纹缺陷;激光冲击强化可有效解决航空发动机部件高周疲劳断裂问题;强流脉冲电子束和强流脉冲离子束一方面需要提高设备的性能和运行稳定性,另一方面要针对航空部件应用开展深入研究;而离子束辅助沉积则可以通过制备固体润滑涂层实现对微动磨损的有效防护。最后,提出对高能束表面改性机理深入研究、发展专业化智能化装备和实现多种束源复合与集成的发展方向。     

大间隙钎焊用混合粉状高温镍基钎料的润湿性和显微组织

用一种含Al,Ti元素的镍基钎料粉末与γ’相沉淀强化型镍基高温合金FGH95的粉末混合,制备了大间隙钎焊用混合粉状高温镍基钎料。实验表明,采用合适的混合比例,混合粉状钎料对1Cr18Ni9Ti不锈钢具有较好的润湿铺展性。该混合钎料所获得的钎缝金属的合金化效应显著,Al+Ti合金元素的最大含量达到了5.49%。焊态钎缝中,除Nb,W等个别元素外,其他主要强化元素无明显偏析,且经1180℃/4h扩散处理可消除合金元素的偏析。钎缝金属的组织状态较为均匀,基体为等轴γ固溶体枝晶,枝晶间分布有颗粒状、短条状的化合物相以及少量的γ+γ’共晶组织。另外,在γ固溶体中分布着大量弥散细小γ’沉淀强化相。     

镍基高温合金DZ125激光再铸层化学研磨的实验研究

研究了镍基高温合金DZ125激光再铸层组织特征、电化学腐蚀行为,并分析了再铸层化学研磨的优化条件,测试了研磨后基体的热疲劳性能。研究发现,DZ125合金激光再铸层主要为枝晶结构,且强化相γ′相析出较少,激光再铸层的耐腐蚀性能明显弱于DZ125合金基体。化学研磨溶液保温在60℃以上、浓度在90%以上时,再铸层的化学研磨高效可靠,研磨后基体表面光滑,无明显腐蚀发生,且基体的热疲劳性能得到明显改善。     

SiC陶瓷与钛合金（Ag-Cu-Ti）-SiCp复合钎焊接头组织结构研究

用合金化的Ag-Cu-Ti粉及SiC粉组成的混合粉末钎料,真空无压钎焊SiC陶瓷和Ti合金.研究结果表明,在Ag-Cu-Ti粉末钎料中加入15vol%～30vol%SiC粉末能明显降低接头热应力,获得完整的SiC颗粒增强的复合接头.加入的SiC颗粒、SiC陶瓷母材均与连接层中的Ti起反应,形成表面反应层Ti3SiC2及分布于Ag-Cu-Ti合金中的Ti-Si化合物,随SiC颗粒增加,反应层变薄.连接层中的Cu元素与连接的Ti合金相互扩散,形成Cu-Ti相界面扩散带.     

含稀土TiCx增强钛基激光熔覆层组织与耐磨性

采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面成功制备了含稀土CeO₂的碳化钛增强钛基激光熔覆层。运用渗透探伤、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、电子探针、显微硬度计、摩擦磨损试验机等分析和测试方法研究了碳化钛增强钛基激光熔覆层的成形质量、微观组织、元素分布、硬度和摩擦磨损性能。结果表明,涂层内无裂纹缺陷,仅在层间过渡区分布有少量气孔（孔隙率为1.65%）。涂层中物相主要包括富Ti、Cr元素的β固溶体（CrTi₄）、缺位型碳化钛（TiC_x）和稀土氧化物（CeO₂）。熔覆层各微区的碳化钛形貌存在显著差异,熔覆层顶部和中部区域呈发达树枝晶状和针状,而结合区由针状和小尺寸不发达枝晶组成。碳化钛枝晶中碳元素分布不均匀,一次枝晶含碳量高于二次枝晶。基体相中Ni和Cr元素呈现明显偏析,而Al和V元素分布相对均匀。此外,稀土氧化物CeO₂主要分布于TiC_x与CrTi₄相界以及CrTi₄晶粒边界处。与基材相比,尽管TiC_x增强钛基复合涂层具有较高的摩擦系数,但其耐磨性显著增加（提高近52%）。熔覆层和基材磨损机制均为黏着磨损和磨粒磨损的复合磨损模式,但熔覆层的磨损程度较轻。     

SiC陶瓷与钛合金(Ag-Cu-Ti)-SiCp复合钎焊接头组织结构研究

用合金化的Ag-Cu-Ti粉及S iC粉组成的混合粉末钎料,真空无压钎焊S iC陶瓷和Ti合金。研究结果表明,在Ag-Cu-Ti粉末钎料中加入15vol%~30vol%S iC粉末能明显降低接头热应力,获得完整的S iC颗粒增强的复合接头。加入的S iC颗粒、S iC陶瓷母材均与连接层中的Ti起反应,形成表面反应层Ti3S iC2及分布于Ag-Cu-Ti合金中的Ti-S i化合物,随S iC颗粒增加,反应层变薄。连接层中的Cu元素与连接的Ti合金相互扩散,形成Cu-Ti相界面扩散带。     

增材制造Ti–6Al–4V组织的演化与拉伸性能的差异

Ti–6Al–4V适用于多种增材制造技术,但是不同增材技术制造的Ti–6Al–4V组织演变形式不同。以沉积效率最低的选区激光熔化和沉积效率最高的电弧填丝增材制造技术为研究对象,总结了这两种工艺条件下Ti–6Al–4V微观组织的演变形式和拉伸性能的差异。选区激光熔化制造的Ti–6Al–4V组织以α'马氏体为主,使其延展性降低。电弧填丝增材技术制造的Ti–6Al–4V晶粒粗大、存在晶界α相,导致其强度较低。针对这些问题,提出了有效改善性能的方法,同时对这两种增材技术的发展和未来的研究趋势进行了预测。     

轻合金表面改性技术现状

对铝、镁和钛基轻合金的激光表面改性技术,主要包括激光表面重熔、合金化、涂敷和冲击强化等的特点及研究和应用现状进行了简单评述．并提出了今后的发展趋势。用高能激光束对材料表面进行处理,改善表面某种性能的技术,统称为激光表面改性。与热喷涂和等离子堆焊工艺相比,激光表面改性技术具有对基体热影响小（基体变形很小）和易于实现自动化的优点;与电化学沉积、CVD、PVD及表面渗氮（渗碳）等表面改性技术相比,激光表面改性技术适宜的材料体系更为广泛,且可以得到厚度较大的改性居。如今,激光表面改性技术已获得了巨大发展,…