7075铝合金表面激光熔覆Ti/TiBCN涂层的组织与性能研究

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铝合金具有密度低、比强度大、塑性韧性好、热膨胀系数低和易加工等诸多优点,广泛应用于汽车、船舶和航空航天等领域,但铝合金硬度低和摩擦磨损性能差限制了其实际应用。因此,采用表面改性技术提高铝合金硬度和耐磨性具有重要的现实意义。本文以7075铝合金为研究对象,使用激光熔覆技术在铝合金表面制备了金属/陶瓷复合涂层以提高其表面性能。  研究了工艺参数对7075铝合金表面激光熔覆Ti粉末熔覆层几何特征的影响规律。激光功率、扫描速度、送粉率是影响熔覆层几何特征的三个重要参数。研究表明:熔高的线性拟合关系式是P1/4S-4/5F,相关系数R=0.97。熔宽和熔深的线性关系式分别是P1/3S-1/3和P4/5S-1/3F-1/5、线性相关系数为0.95、0.96。稀释率和润湿角是是否能形成良好冶金结合的重要几何特征值,线性关系式是P1/8S1/5F-1/2和P1/2S-3/4F3/4,相关系数为R=0.95、0.96。绘制出一幅几何特征值与工艺参数之间的总图,阴影部分的工艺参数可以形成良好的冶金结合,选取最佳工艺参数:激光功率1000W,扫描速度3mm/s,送粉率250mg/s。  研究了不同TiBCN陶瓷粉末含量对熔覆层宏观形貌、相组成的影响,当TiBCN含量为15wt.%时,研究了熔覆层不同区域的微观组织结构。研究表明:随着TiBCN陶瓷粉末含量的增加熔覆层熔高逐渐降低,当TiBCN陶瓷粉末含量在15wt.%时,熔覆层呈现出较平坦密实的宏观形貌,熔覆层存在大量的TiBCN、TiN、Al3Ti相和少量的Al、Ti相。熔覆层微观组织主要由等轴晶和各向等大的白色板条状晶体组成,过渡区的微观组织由细长的树突晶和部分的白色小颗粒组成,热影响区的组织主要由横向的等轴晶组成,横向的等轴晶富Al。  研究了不同TiBCN陶瓷粉末含量对熔覆层显微硬度、耐磨损性和耐腐蚀性能的影响规律。当TiBCN陶瓷粉末含量在15wt.%时,熔覆层平均硬度达到750HV0.2,是7075铝合金基体(~127HV0.2)的5倍,熔覆层TiBCN含量为0wt.%时,比7075铝合金基体腐蚀性能下降,熔覆层TiBCN含量为15wt.%,耐腐蚀性能最好,腐蚀电位达到-1.271V,腐蚀电流密度3.155e-005A/cm2比基体(2.269e-004A/cm2)大一个数量级。随着TiBCN含量的增加,熔覆层平均摩擦系数下降,在相同的磨损条件下,当TiBCN含量为15wt.%时,平均摩擦系数为0.182,磨损损失量为2.4mg,而基体的磨损损失量是8.2mg。7075铝合金表面存在深且宽的凹槽,破坏严重,当TiBCN含量15wt.%时,有浅而细的犁沟和塑性变形。
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