稳态静磁场辅助激光沉积TA15粉末修复钛合金组织及性能研究

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激光沉积为再制造技术之一,也称为激光熔覆。工艺参数的选择对成形影响很大,不恰当的工艺参数会导致沉积层与基体结合不良甚至成形失败,选择适当的工艺参数至关重要。同时,辅助能量场的施加通常对工艺有益。为获得较好的工艺参数,本文以钛合金为例,通过引入稳态的静磁场,研究激光沉积TA15粉末的工艺参数对组织及摩擦磨损和耐腐蚀性能的影响。主要研究结果如下:(1)参数选择:采用混合正交试验法研究激光功率、扫描速度、送粉速度对激光沉积质量的影响,参数选取范围为:激光功率1100W-1900W,扫描速度2mm/s-8mm/s,送粉速度2g/min-80g/min。记录实验过程中不同参数的激光沉积特征,为后续实验提供指导。(2)微观结构:单道沉积条件,未施加静磁场时,组织为不均匀的柱状晶,伴随气孔和沉积层与基体的冶金结合不良。施加静磁场后,沉积层顶部受洛伦兹力作用,发生了柱状晶向等轴晶的转变,沉积层与基体的界面结合处产生白亮带;当激光功率为1500W和1900W,送粉速度3g/min,扫描速度6mm/s时,显微组织呈网篮编织形态,显著提升基体的性能。多道沉积条件,在静磁场作用下,显微组织在洛伦兹力作用下分布均匀,产生更多的细小椭球形和球状组织。激光功率为1700W时,生成的网篮编织态枝晶由三生α相和四生α相组成,四生α相内部存在大量位错;激光功率1900W时,晶体产生畸变,晶体内部存在大量位错。EBSD结果表明,沉积层顶部主要为再结晶晶粒和亚结构晶粒,再结晶可以提升材料的性能。(3)硬度及摩擦磨损:在静磁场作用下,激光沉积层顶部硬度分布较为均匀,约为350HV0.2。在沉积层数为三层,激光功率为1900W,扫描速度为7mm/s,送粉速度为12g/min时,稳定阶段的摩擦系数较低,耐摩擦性较好,摩损形貌多为浅沟槽,磨损方式为犁削磨损;激光功率为1500W时,磨损形貌以深犁沟为主,磨损方式主要为犁削磨损和磨粒磨损;激光功率为1700W时,磨损形貌为较短的深犁沟,摩擦系数较大,耐磨性较差,磨损方式主要为犁削磨损。(4)电化学腐蚀性能:总体上,静磁场辅助激光沉积TA15比基体更耐腐蚀。激光功率为1900W,扫描速度为5mm/s,送粉速度为8g/min,自腐蚀电位由未处理的-0.562m V提升至-0.468m V,被腐蚀的趋势降低,腐蚀电流密度由71.7n A/cm~2升高至93.7n A/cm~2,整体腐蚀电流密度在1个数量级内变化。
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