TC4鈦合金表面納米顆粒增強(qiáng)的鈦鋁激光熔覆涂層制備及仿真研究.pdf

1、本文對在 TC4鈦合金表面激光熔覆制備納米顆粒增強(qiáng)的鈦鋁復(fù)合熔覆層進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，主要包括納米Y2O3顆粒分散行為研究、激光熔覆過程仿真、TC4鈦合金表面納米顆粒增強(qiáng)鈦鋁復(fù)合熔覆層的制備，激光熔覆工藝參數(shù)的優(yōu)化以及熔覆層顯微組織及性能分析。
　　本文主要開展的研究內(nèi)容如下：
　　(1)通過對納米Y2O3顆粒超聲分散進(jìn)行單因素試驗(yàn)，分析了分散介質(zhì)、添加粉體理論質(zhì)量分?jǐn)?shù)、分散時間對超聲分散效果的影響，對超聲工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。通

2、過對納米Y2O3粉體球磨分散進(jìn)行正交試驗(yàn)，分析了球磨轉(zhuǎn)速、球料比、球磨時間對納米Y2O3球磨分散效果的影響，進(jìn)行了球磨工藝參數(shù)優(yōu)化；研究了納米Y2O3在不同分散方式下的分散行為，得到了納米Y2O3最佳分散方式為“球磨/超聲”復(fù)合分散。
　　(2)通過正交試驗(yàn)，對鈦鋁原子比1:1熔覆層制備過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；基于正交試驗(yàn)結(jié)果，通過單因素試驗(yàn)對不同鈦鋁原子比、不同納米TiC添加量、不同納米Y2O3添加量及納米TiC、納米Y2O3

3、雙相增強(qiáng)鈦鋁復(fù)合熔覆層制備過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，采用激光功率700W，光斑直徑1mm，掃描速度200mm·min-1，可獲得表面及熔道邊緣相對平整，熔道寬度一致性相對較好的熔覆層。
　　(3)建立了TC4鈦合金表面壓片預(yù)置鈦鋁復(fù)合粉體激光熔覆過程三維瞬態(tài)溫度場有限元仿真模型，研究了激光功率、掃描速度和光斑直徑對熔池尺寸、熔池中心最高溫度、熔池內(nèi)溫度梯度、溫度變化率及形狀控制因子的影響規(guī)律；通過單因素仿真試驗(yàn)，確立了相對合

4、理的激光加工參數(shù)范圍；通過正交仿真試驗(yàn)，比較不同激光工藝參數(shù)對溫度場的影響顯著性。討論了采用激光比能綜合表征激光功率、掃描速度和光斑直徑的局限性。
　　(4)對不同鈦鋁原子比、不同納米TiC添加量、不同納米Y2O3添加量等10種成分不同的鈦鋁復(fù)合熔覆層，采用 SEM、EDS、XRD及顯微硬度計進(jìn)行顯微組織、成分及顯微硬度研究分析。研究表明，各熔覆層中存在大量 Ti3Al、TiAl、TiAl3金屬間化合物及少量對應(yīng)的稀土相和陶瓷相，