激光快速成形法制備Ti-TiC功能梯度材料.pdf

1、金屬鈦具有密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性優(yōu)異、生物相容性好等突出優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、船舶、兵器、化工、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。但另一方面，其耐磨性差、摩擦系數(shù)大、硬度低等缺點(diǎn)，也嚴(yán)重限制了金屬鈦?zhàn)鳛槟Σ粮边\(yùn)動(dòng)零部件的應(yīng)用。雖然探索了很多提高金屬鈦硬度和耐磨性的方法，包括表面改性和表面涂層等，但由于表面改性層和表面涂層都為陶瓷層，鈦基體和陶瓷層的熱膨脹系數(shù)不同，陶瓷層在大溫度落差下反復(fù)作用后極易脫落，從而使工件失效。為了解決這種問題

2、，本文探討了利用激光快速成形法制備Ti/TiC梯度功能材料。 本文首先研究了利用激光快速成形法制備不同比例的Ti/TiC復(fù)合材料的工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)利用激光快速成形法制備Ti/TiC復(fù)合材料的TiC的含量不能超過40％(或稍高一點(diǎn))，過高的TiC含量會(huì)造成材料組織疏松或開裂。對(duì)所制備的Ti/TiC復(fù)合材料的相、顯微組織、硬度、耐磨性和磨損機(jī)理進(jìn)行了分析。通過XRD分析發(fā)現(xiàn)，在Ti/TiC復(fù)合材料中，只存在Ti和TiC兩種物質(zhì)；顯

3、微組織分析表明，在Ti/TiC復(fù)合材料中，TiC主要以UMC(unmeltedTiC).方式存在，當(dāng)TiC含量較低時(shí)，UMC的數(shù)量較少且體積較??；TiC含量較高時(shí)，UMC的數(shù)量較多且體積較大。Ti/TiC復(fù)合材料維氏硬度的測(cè)試結(jié)果表明，隨著TiC含量的增多，其復(fù)合材料的硬度也相應(yīng)增加。耐磨性試驗(yàn)的結(jié)果顯示出隨著Ti/TiC復(fù)合材料中的TiC的含量增多，耐磨性也增強(qiáng)。磨損機(jī)理分析表明，Ti/TiC復(fù)合材料的室溫干滑動(dòng)磨損的磨損機(jī)理主要是磨

4、粒磨損和粘著磨損。在TiC含量較低時(shí)，磨粒磨損比較嚴(yán)重，犁溝寬而深；當(dāng)TiC含量較高時(shí)，磨粒磨損基本上只發(fā)生在磨痕的邊緣；另外，無論TiC的含量如何，粘著磨損都占較大的比例。 根據(jù)激光快速成形法制備Ti/TiC的工藝參數(shù)，本文通過熱應(yīng)力緩和計(jì)算，設(shè)計(jì)并制備了兩種梯度變化率的Ti/TiC梯度功能材料，梯度材料由一邊的純Ti逐漸變化到另一邊的60％Ti-40％TiC。本文還對(duì)其中一種梯度變化率的梯度功能材料梯度方向上的顯微組織、硬度

5、、耐磨性和熱應(yīng)力緩和效果進(jìn)行了分析研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在梯度方向上，Ti/TiC梯度功能材料的顯微組織的變化是比較明顯的，具有宏觀的不均勻性和微觀的連續(xù)性。梯度方向上的硬度測(cè)試證明，在梯度方向上隨著TiC含量的增多，其硬度也增加，并且是漸變的，沒有跳躍性。耐磨性測(cè)試表明，梯度材料TiC含量較多一側(cè)的耐磨性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于TiC含量較少的一側(cè)。Ti/TiC梯度材料的熱應(yīng)力緩和效果實(shí)際檢測(cè)結(jié)果表明，其實(shí)際效果與理論設(shè)計(jì)的相符，在較高溫度落差的工作