采用激光與微弧火花制備鋁、鈦合金自生復(fù)合強(qiáng)化涂層研究.pdf

1、本文研究工作是某新型高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修技術(shù)國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目的部分內(nèi)容，以航空發(fā)動(dòng)機(jī)用兩種典型輕金屬材料（鈦合金和鋁合金）部件的再制造和表面強(qiáng)化為研究對(duì)象，采用SEM、XRD、EPMA、TEM、顯微硬度計(jì)、超聲振動(dòng)空蝕儀等系統(tǒng)研究了激光熔覆和微弧火花沉積制各自生硬質(zhì)相增強(qiáng)金屬基復(fù)合涂層的組織和性能，并對(duì)制備過(guò)程中自生硬質(zhì)相的形成過(guò)程與強(qiáng)化機(jī)制等進(jìn)行了討論。主要研究?jī)?nèi)容和所獲結(jié)果如下：
　　 (1)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修中常見(jiàn)的鈦合金和鋁合金

2、部件空蝕和磨損失效的原因與特點(diǎn)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，燃油系統(tǒng)中加力及泵油部件導(dǎo)致的高壓高速航空煤油壓強(qiáng)快速變化是造成空蝕的主要原因，空蝕過(guò)程中通常還伴有顯著的相選擇行為及由其引發(fā)的“鏤空效應(yīng)”。而裝配位置變化及鈦合金和鋁合金本身絕對(duì)強(qiáng)度低、摩擦系數(shù)大、易粘結(jié)拉傷是導(dǎo)致磨損失效的主要原因；
　　 (2)系統(tǒng)研究了激光輻照“鈦合金+Cr3C2或B4C”混合粉末制備鈦基自生復(fù)合涂層的反應(yīng)過(guò)程、組織特點(diǎn)和增強(qiáng)相的生長(zhǎng)機(jī)制。以Cr3C2為

3、添加成分時(shí)，可獲得以TiC為主要增強(qiáng)相的TiC/β-Ti自生復(fù)合涂層，自生TiC主要有偏晶、共晶和過(guò)飽和析出三種，它們分別通過(guò)載荷轉(zhuǎn)移、Orowan機(jī)制等進(jìn)行強(qiáng)化。同時(shí)以B4C為添加成分研究了多組元（B和C）同時(shí)添加對(duì)反應(yīng)過(guò)程的影響。結(jié)果顯示，以B4C為添加成分可獲得以TiC、TiB和TiB2為增強(qiáng)相的、具有定向短纖維狀TiB強(qiáng)化的復(fù)合涂層。激光熔覆過(guò)程中B與C之間會(huì)發(fā)生反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)，表現(xiàn)為C優(yōu)先擴(kuò)散而B(niǎo)與Ti的反應(yīng)被抑制；
　　

4、(3)根據(jù)液相分離原理通過(guò)激光熔覆制備了原位自生硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合涂層。復(fù)合涂層中自生硬質(zhì)顆粒由Laves相和Co/Mo基固溶體等高溫性能良好的硬質(zhì)相組成，涂層基體為銅基固溶體。對(duì)其組織特點(diǎn)及分離相的形成過(guò)程和長(zhǎng)大機(jī)制的研究表明，非均質(zhì)形核誘發(fā)液相分離是激光熔覆條件下復(fù)雜成分銅基合金發(fā)生液相分離的主要微觀機(jī)制，熔池中的對(duì)流作用以及由其引發(fā)的多種碰撞凝并行為則促進(jìn)了分離相的長(zhǎng)大（粗化）；
　　 (4)首次報(bào)道了微弧火花沉積Al-

5、Si合金制備納米尺度Si強(qiáng)化的Si/A1復(fù)合涂層的組織特點(diǎn)與形成機(jī)制。復(fù)合涂層中細(xì)小的自生Si相呈現(xiàn)出一種新型的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，并將柔軟的α-Al相包絡(luò)在內(nèi)。高倍觀察顯示網(wǎng)格狀Si相由大量自生的球狀共晶Si小顆粒相互粘結(jié)而成。借助其新型的復(fù)合結(jié)構(gòu)，沉積涂層的顯微硬度顯著提高；
　　 (5)采用超聲振動(dòng)空蝕儀對(duì)TiC/β-Ti自生復(fù)合涂層和Si/Al復(fù)合涂層的抗空蝕性能進(jìn)行了研究，并與其各自非復(fù)合結(jié)構(gòu)的常規(guī)涂層進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示，添

6、加10％Cr3C2的TiC/β-Ti復(fù)合涂層擁有最佳的抗空蝕性能，其抗空蝕性能的提高主要應(yīng)歸因于β相基體所具有的良好的韌性和尺寸適中的TiC相所起到的結(jié)構(gòu)性復(fù)合強(qiáng)化作用。Si/Al復(fù)合涂層抗空蝕性能的提高則主要應(yīng)歸因子其先進(jìn)的網(wǎng)格狀Si/Al復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成；
　　 (6)嘗試將激光與微弧火花自生復(fù)合涂層應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)大修的具體生產(chǎn)實(shí)踐中，并取得了良好的使用效果。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，采用激光熔覆、微弧火花沉積制各自生復(fù)合涂層進(jìn)行