TiAl合金表面等離子噴涂MCrAlY及陶瓷涂層的激光重熔研究.pdf

1、TiAl基金屬間化合物合金(以下簡稱TiAl合金)由于其密度低,比強(qiáng)度和比剛度高,是航空、航天工業(yè)理想的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。室溫塑性差的問題已通過添加合金元素和顯微組織調(diào)控等手段基本得到解決,進(jìn)一步提高其高溫抗氧化和耐磨性能已成為需要重點研究的問題。表面涂層技術(shù)能有機(jī)地將基材和表面涂層的特點結(jié)合起來,發(fā)揮兩類材料的綜合優(yōu)勢,同時滿足對結(jié)構(gòu)性能(強(qiáng)度、韌性等)和環(huán)境性能(耐磨、耐蝕、耐高溫等)的需要,獲得相當(dāng)理想的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。而納米材料具

2、有超細(xì)的晶粒尺寸和極高的表面積,展示出許多獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能,為TiAl合金表面涂層性能的提高提供了有利的條件。本文分別采用等離子噴涂和等離子噴涂-激光重熔復(fù)合工藝在TiAl合金表面制備了MCrAlY(M=Ni,Co,Fe)涂層、常規(guī)和納米結(jié)構(gòu)Al2O3-13％TiO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù))陶瓷涂層、常規(guī)和納米結(jié)構(gòu)ZrO2-7％Y2O3(質(zhì)量分?jǐn)?shù))熱障涂層,較為系統(tǒng)地研究了所制備涂層的顯微組織、相結(jié)構(gòu)和性能特征,所完成的主要工作如下:

3、r>　　 (1)根據(jù)激光重熔的特點,采用ANSYS有限元軟件中的間接熱力耦合方法,系統(tǒng)建立了單道掃描以及多道搭接掃描激光重熔等離子噴涂MCrAlY涂層連續(xù)移動三維溫度場和應(yīng)力場有限元模型,分析了激光重熔工藝參數(shù)對溫度場和應(yīng)力場的影響。
　　 (2)比較了等離子噴涂和激光重熔MCrAlY涂層相組成和微觀結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了850℃下,高溫氧化和熱腐蝕試驗,考察了激光重熔處理對MCrAlY涂層抗高溫氧化和熱腐蝕性能的影響。
　　

4、 (3)對等離子噴涂和激光重熔復(fù)合工藝制備的常規(guī)和納米結(jié)構(gòu)Al2O3-13％TiO2復(fù)合陶瓷涂層的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析。結(jié)果表明:由于激光快速加熱和快速冷卻的加工特點,在激光重熔納米結(jié)構(gòu)涂層重熔區(qū)仍保留了部分納米粒子。實驗驗證了激光重熔等離子噴涂復(fù)合工藝制備納米結(jié)構(gòu)涂層的可行性。
　　 (4)建立了激光重熔等離子噴涂Al2O3-13％TiO2陶瓷涂層溫度場有限元模型,研究了重熔過程中陶瓷涂層沿厚度方向的溫度變化特性,并分析

5、了其與涂層組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
　　 (5)在已有的等離子噴涂納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層兩相組織結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)上,對等離子噴涂納米結(jié)構(gòu)Al2O3-13％TiO2陶瓷涂層進(jìn)行了組織細(xì)化并討論了不同組織的形成機(jī)理。
　　 (6)研究了不同粉末、不同制備工藝對Al2O3-13％TiO2復(fù)合陶瓷涂層顯微硬度、耐磨性能和抗沖蝕性能的影響并分析了陶瓷涂層磨損和沖蝕機(jī)理。
　　 (7)根據(jù)等離子噴涂的傳熱特點,利用ANSYS有限元軟件,建立了