【摘 要】
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钛合金凭借比强度高、耐高温、耐蚀性好等特点在高新技术领域占据重要地位。其中,TC4钛合金在众多领域应用广泛,但TC4钛合金耐磨性较差限制了其在工业领域进一步发展,所以众多学者对TC4钛合金表面强化工作展开研究,力求在节约成本的同时突破性能上的不足。电弧熔覆作为一种特殊表面改性技术,可通过选取合适涂层材料弥补钛合金表面性能缺陷,且焊枪喷出的保护气体可有效保护焊接熔池,利于保证焊接稳定,防止空气对熔覆
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钛合金凭借比强度高、耐高温、耐蚀性好等特点在高新技术领域占据重要地位。其中,TC4钛合金在众多领域应用广泛,但TC4钛合金耐磨性较差限制了其在工业领域进一步发展,所以众多学者对TC4钛合金表面强化工作展开研究,力求在节约成本的同时突破性能上的不足。电弧熔覆作为一种特殊表面改性技术,可通过选取合适涂层材料弥补钛合金表面性能缺陷,且焊枪喷出的保护气体可有效保护焊接熔池,利于保证焊接稳定,防止空气对熔覆区域造成破坏。电弧熔覆常使用合金粉末有Co基、Fe基、Ni基等。其中,Deloro20属于Ni基合金粉末一种,具有良好的韧性、耐腐蚀性和抗氧化性,本研究将其选作预置涂层材料,配合TiN、Al2O3、CeO2粉末及单层氧化石墨烯薄片(Monolayer graphene oxide sheets,MGOSs)制备电弧熔覆金属陶瓷复合材料;MGOSs是一种先进纳米材料,具有优异力学性能。本文主要针对TC4钛合金耐磨性较差问题,采用TIG熔覆方式对其进行表面强化,工艺参数:焊接电压18 V,焊接电流75 A,焊接速度12 mm/s,保护气体采用的氩气流量15 L/min。表征方法包括金相及SEM扫描电镜检测、EDS分析等。首先研究TiN增强复合材料和TiN-Al2O3增强复合材料的微观组织结构演变,表明TiN增强复合材料与基材呈良好冶金结合,复合涂层中增强相主要为块状和枝晶状TiN析出物,有利于提升涂层的耐磨性;电弧熔覆93wt%Deloro20-7wt%TiN复合材料磨损体积损失量约为TC4的2/5;TiN含量在一定范围内增加,利于形成致密且均匀的复合涂层;但TiN含量过多会导致材料组织结构粗大且无明显枝状产生。Al2O3添加可有效细化电弧熔覆涂层组织结构,TiN-Al2O3增强复合涂层的耐磨性较基材大幅度提升。随后研究电弧熔覆CeO2改性复合材料和MGOSs增强复合材料的微观组织结构演变,结果表明CeO2添加使复合材料组织结构更加细化,因Ce在电弧熔覆涂层中具有细化涂层组织和抑制晶化相生长作用。在电弧熔覆Deloro基复合材料预熔涂层中以不同的方位添加MGOSs,表明MGOSs涂敷于顶部可造成所制备复合材料组织分布不均,且与基材冶金结合较差;MGOSs与水玻璃粘结剂混合涂敷方式使复合材料组织更为致密且与基材呈良好冶金结合;MGOSs涂敷于预置层底部时所制备复合材料组织分布不均,易在复合材料底层出现暗黑色团聚物,影响其组织性能。实验结果表明,电弧熔覆93wt%Deloro20-7wt%TiN-MGOSs复合材料的磨损体积量约为TC4的1/6,表明在电弧熔覆Deloro基复合材料制备中采用MGOSs与水玻璃粘结剂混合涂敷的方式可有效提高其耐磨性。本研究可为TC4钛合金及电弧熔覆表面强化技术更好地应用于工业生产提供坚实的理论及实验依据。
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