在1 500 ℃的真空条件下, 通过液相渗硅法(liquid silicon infiltration, LSI)制备了碳化硼/二硼化钛-碳纳米管(B4C-TiB2-CNT)陶瓷复合材料, 对其成分、形貌、性能和增韧机理进行了分析表征和研究。结果表明: 复合材料的主要组成相为B12(C, Si, B)3、SiC和Si。二硼化钛和碳纳米管显著提高了液相渗硅烧结碳化硼陶瓷的力学性能, 在TiB2和CNT的添加量分别为10%和0.4%时, 复合陶瓷的弯曲强度和断裂韧性达到了(390±18) MPa和(5.38±0.38) MPa·m1/2, 分别比B4C陶瓷高了31%和53%。本文的研究从片状SiC颗粒和CNT的拔出、TiB2的颗粒增韧以及裂纹的偏转等方面解释了B4C-TiB2-CNT复合材料的增韧机理。

利用激光选区熔化(SLM)工艺成形TiB₂/S136复合材料,研究了激光体能量密度η对SLM成形试样致密度、微观组织及力学性能的影响。采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜等研究成形试样物相成分、表面形貌及微观组织。结果表明:当η过低时,粉末熔化不完全,形成大量残余孔隙;而当η过高时,受热应力影响,成形试样存在微裂纹。当η=66.7 J/mm ³时,成形试样表面缺陷少,致密度高达97.3%,存在细化的、分布均匀的等轴晶,其平均显微硬度高达742.4 HV0.1,平均摩擦系数和磨损率分别为0.5593和0.272×10 ^-4 mm ³·N ^-1·m ^-1,耐磨性能优异,抗拉强度达到1051.3 MPa,延伸率为5.84%,塑性较好。因此,SLM成形TiB₂/S136复合材料的最佳η为66.7 J/mm ³,η过高或过低,均会严重影响TiB₂/S136复合材料的致密度及力学性能,该研究为SLM成形高性能模具钢材料提供了有益的理论和工艺借鉴。

以铝包镍(KF-6)和TiB2为熔覆材料, 利用激光熔覆技术在铜合金(Cr-Zr-Cu)表面制备出了以KF-6为过渡层,以TiB2增强镍基复合涂层为强化层的梯度涂层。研究结果表明, 熔覆粉末中TiB2含量不同, 其在强化层中的组织形态存在明显差异; 强化层的平均硬度介于1150~1450 HV之间; 当TiB2质量分数为10%时, 梯度涂层具有最小的磨损率; 当TiB2质量分数为30%时, 梯度涂层具有较为平稳的摩擦系数(约为0.4); 处于基体和强化层之间的过渡层, 能有效减弱强化层与基体之间成份和硬度的突变, 使梯度涂层的成分及硬度平滑过渡。

为了提高零件表面强度和耐磨性, 以TiO2, Al, B4C和KF-Co50合金粉末为原料, 利用激光熔覆技术, 采用预置粉末法, 在Q235钢基体表面原位合成了TiC-TiB2增强Co基复合涂层。使用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对熔覆层的组织和物相进行了分析, 并对熔覆层的显微硬度及耐磨性能进行了测试。结果表明, 熔覆层与基材呈现良好的冶金结合, 组织致密, 无裂纹、气孔等缺陷; 熔覆层的主要组成相有γ-Co, TiC, TiB2, Cr23C6等; 熔覆层平均显微硬度达770HV0.2, 耐磨性能优异。这一结果对提高零件使用寿命具有积极意义。

采用溶胶-凝胶法制备得到含有TiO2、BN和C的复合粉末, 将其预置在45钢基体表面, 然后通过激光强化原位制备出含有TiN和TiB2颗粒的强化涂层。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对涂层组织、成分和物相进行了分析, 并测试了涂层显微硬度。结果表明, 强化涂层与基体结合良好, 涂层中无裂纹、气孔等缺陷, 原位生成的颗粒状TiN和须状TiB2均匀分布在强化层中。涂层最高硬度达到956 HV0.1, 显著地提高了45钢的硬度。

为了满足电磁导轨的使用要求, 采用激光熔覆技术在纯铜表面通过预置粉的方式制备了不同成分TiB2/Cu涂层, 用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析了涂层的微观结构及相组成。涂层由Cu和TiB2两相组成, 当TiB2的质量分数分别为0.02, 0.05和0.1时, 涂层的显微硬度分别约为95HV0.1, 105HV0.1和152HV0.1, 电导率为22.9MS/m, 20.4MS/m和16.4MS/m。涂层与基体呈良好冶金结合, 无裂纹存在, TiB2颗粒存在团聚现象, 熔覆层组织为外延生长的柱状晶。结果表明, 随着TiB2的含量增大, 涂层显微硬度升高, 涂层的电导率下降。

采用固体YAG脉冲激光对预置一定配比的Ti/B混合粉末涂层进行激光熔覆,在TC4钛合金表面原位合成TiB2陶瓷增强相。利用X射线衍射、金相显微观察以及显微硬度测试等手段,分别对熔覆样品的物相、组织形貌和显微硬度分布特征进行了研究。实验结果表明,激光功率为64W(其中电流 140A,脉宽 8～10ms,频率 12～15Hz),扫描速度1.0～1.2mm/s,离焦量 2mm时,可原位生成TiB2陶瓷涂层。金相观察结果表明,熔覆层与基体结合处为波形界面,形成了良好的冶金结合。显微硬度沿截面纵向呈梯度分布,熔覆层的硬度较基底平均提高了3～4倍。

利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)对TC4 合金表面NiCrBSiC合金激光熔覆层中反应合成的TiC和TiB2形貌进行了观察, 分析了TiC和TiB2相的生长机制。结果表明, 激光熔覆反应合成的TiC相呈等轴树枝晶状, 并具有非小平面和小平面两种生长界面(当树枝晶尺寸较小时, 具有非小平面生长界面, 当树枝晶尺寸较大时, 具有小平面生长界面), TiB2相呈六棱柱状, 通常在TiC树枝晶表面异质形核, 并以小平面形式生长, 最终形成心部为TiC相外部为TiB2相的特殊复相结构。

激光技术; 激光熔覆; 复合涂层; 微观组织; 机制

为提高钢基材料表面耐磨性能,采用激光熔覆技术制备了原位自生(TiB2-TiC)增强铁基熔覆层.采用X射线衍射仪,金相显微镜,SEM,EPMA,研究了涂层的组织结构,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度.研究结果表明,通过B4C和钛铁之间的反应可以原位生成陶瓷增强相TiB2和TiC,二者的微观形貌有显著差异,TiB2呈棒条状,TiC呈块状和花瓣状.同被强化基体及FeCrSiB熔覆层相比,熔覆层显微硬度有明显提高.