钛基梯度功能材料激光快速成形技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨光 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-11-25 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 导师 | 刘伟军 ; 王维 |
| 关键词 | 钛合金 激光快速成形 碳化铬 原位合成 碳化钛 耐磨 功能梯度材料 |
| 其他题名 | Fabrication of TiMatrix FGMUsing Laser Metal Deposition Technique |
| 学位专业 | 机械电子工程 |
| 中文摘要 | 功能梯度材料是为适应航天航空等领域的需要，满足极限环境下能反复地正常工作而发展起来的一种新型功能材料。其成分和结构呈连续的梯度变化，从而使材料的力学、热学和化学性能等按照设计呈连续地变化。本文研究FGM激光快速成形制备技术。通过精确控制多种粉末的输送和相应的工艺可以实现材料组成、微观组织结构和性能的梯度分布及多种材料的集成。 本文选择Ti6Al4V和纯Ti作为成形层材料主要成分可以有效提高与基体浸润性，实现成形层与基体的良好过渡。强化相选择和钛合金密度相近的TiC，有利于使粉末混合均匀，成形后成分分布均匀。在添加方式上选择原位自生的方法，即在成形粉末中添加Cr3C2陶瓷粉末，通过与Ti反应得到TiC。强化相在FGM中被设计成幂函数形式分布，并对FGM的弹性模量、泊松比、热膨胀系数、密度以及热导率等物性参数进行估算。有限元计算表明，钛基功能梯度材料单层厚度为1mm，最少层数为6层，形状分布因子为P=0.5时所设计的FGM热应力缓和最明显。 通过混合粉末激光快速成形实验，获得最优参数组合,根据实验数据制订激光快速成形FGM工艺规范及工艺参数图表。 FGM宏观和微观形貌分析表明成形层与基体结合良好，成形层组织均匀致密，没有气孔、裂纹等缺陷。显微硬度从成形层到基材的显微硬度呈现梯度下降，成形层硬度最高，大约是基材的3倍。 摩擦磨损试验在SRV-3摩擦磨损试验机上进行，试验条件为室温大气干滑动摩擦磨损，对磨副为GCr15钢球，计算体积磨损量，并采用扫描电镜观察磨损表面形貌，以此评价梯度成形层的磨损性能。基材的摩擦系数平均为0.9，FGM的摩擦系数为0.9~1.0之间，基材的体积磨损量为0.127mm3，成形层体积磨损量为0.002723mm3，基材的体积磨损量是成形层的46.6倍。磨损机制分析表明FGM以磨粒磨损为主，存在少量的粘着磨损，基材以氧化磨损和磨粒磨损为主。 高温滑动磨损试验在GW/ML-MS型高温销盘摩擦磨损试验机上进行，采用摩擦磨损试验机自带的标准附件记录摩擦系数，在表面形貌仪上测定试件的磨痕，计算磨损体积，并用扫描电镜观察磨损表面形貌。500℃高温下，Ti6Al4V和成形层的磨擦系数分别为0.32和0.37，Ti6Al4V的磨损量明显比成形层的磨损量大，磨损体积比为2.86。高温下摩擦系数较室温时有明显的降低，表明高温下摩擦表面形成氧化膜具有减摩效果。在500℃高温干摩擦条件下，成形层与基材磨损体积比为1/2.8。因为钛的氧化物减磨作用，摩擦系数较室温下较有大幅下降，成形层中TiC强化相的“骨架”是抵抗磨损的主要原因。 |
| 索取号 | TG302/Y27/2010 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-07-27 |
| 分类号 | TG302 |
| 源URL | [http://ir.sia.ac.cn/handle/173321/9306]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_装备制造技术研究室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨光. 钛基梯度功能材料激光快速成形技术研究[D]. 中国科学院沈阳自动化研究所. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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