钛合金表面反应合成硼化钛基复合涂层的研究

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1、分类号：TG174密级：UDC：620编号：201421802019河北工业大学硕士学位论文钛合金表面反应合成硼化钛基复合涂层的研究论文作者：韩亚光学生类别：硕士学科门类：工学学科专业：材料学指导教师：杨勇职称：副教授资助基金项目：国家自然科学基金（No.51672067）DissertationSubmittedtoHeBeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsScienceSTUDYONTHESYNTHESISOFTITANIU

2、MBORIDEBASEDCOMPOSITECOATINGONTITANIUMALLOYbyHanYaguangSupervisor:Prof.YangYongMay2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51672067.摘要钛合金由于硬度低、耐磨性差等原因，阻碍了其作为机械传动件上的广泛应用。本研究为提高钛合金表面硬度及耐磨性，采用反应等离子喷涂技术在钛合金表面制备硼化钛基复合涂层。主要对比研究等离

3、子喷涂TiB2-TiC体系、Ti-B4C体系、TiB2-TiC-A12O3体系和Al-TiO2-B4C体系原料所得硼化钛基复合涂层的组织结构和性能。研究Al-TiO2-B4C体系在等离子喷涂过程中反应动力学沉积凝固规律和影响因素（喷涂功率、喷涂距离、浆料固含量和喷涂喂料粒度）。研究喷涂在钛合金基体的Al-TiO2-B4C体系复合涂层的抗热震行为及其热震失效机理。通过对Al-TiO2-B4C体系、Ti-B4C体系、TiB2-TiC-Al2O3体系和TiB2-TiC体系的组织结构对比发现，Al-TiO

4、2-B4C体系涂层的致密度最高，层状组织最明显。Al-TiO2-B4C体系涂层的摩擦系数最低，且磨损率最低，耐磨性能最好。Al-TiO2-B4C体系涂层各影响因素的最优工艺参数分别为喷涂功率35kW、喷涂距离为12cm、料浆固含量为33%、喷涂喂料粒度为-100目～200目。Al-TiO2-B4C体系在等离子喷涂过程中的反应机制为扩散-熔解-反应。即首先发生Al与TiO2的扩散反应，随着体系热量的增加Al与TiO2熔化并发生反应，生成的中间产物Al3Ti继续与B4C发生反应生成TiB2与TiC并形

5、核析出，形成致密的层状结合涂层。Al-TiO2-B4C涂层与TC4基体的热震失效形式为涂层内部微裂纹扩展，导致涂层内部断裂。Al-TiO2-B4C涂层基体为TC4合金无Ni/Al打底层，涂层与基体的结合强度高于TC4基体有打底层时的结合强度。在850°C水淬热震条件下，TiB2-TiC体系、Ti-B4C体系、Al-TiO2-B4C体系和TiB2-TiC-Al2O3体系在TC4为基体无打底层情况下，热震次数分别为147、144、255和16次，Al-TiO2-B4C体系涂层的抗热震性明显优于其他三种

6、涂层。这一方面是由于Al-TiO2-B4C体系与TC4合金有着相近的热膨胀系数，热震过程中涂层与基体界面应力小。另一方面，随着热循环次数的增加，涂层与基体之间产生了热生长氧化层，增强了涂层与基体间的结合。关键词：钛合金等离子喷涂硼化钛基涂层抗热震性IABSTRACTDuetothelowhardness,highfrictioncoefficientandpoorwearresistance,titaniumalloyhasbeenstuntedusedasmechanicalparts.Inor

7、dertoimprovethesurfacehardnessandwearresistanceoftitaniumalloy,thetitaniumboridebasedcompositecoatingswerepreparedbyreactiveplasmasprayingonthesurfaceoftitaniumalloy.TitaniumboridebasedcompositecoatingswhichobtainedbyTiB2-TiC,Ti-B4C,TiB2-TiC-A12O3andA

8、l-TiO2-B4Csystems,themicrostructureandpropertiesofthemwerestudied.ThereactionkineticsandinfluencefactorsofAl-TiO2-B4Csystemsuchassprayingpower,sprayingdistance,thesolidcontentoftheslurryandtheparticlesizeofthesprayfeedstockswerestudied.Thether