【摘 要】
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钛及钛合金因其低密度和良好的耐蚀性,在航空航天、船舶制造等领域具有广阔的前景。然而,由于较差的耐磨性限制了它们在摩擦环境中的应用。近年来,激光选区熔化技术在传统制造方法无法完成复杂异形定制结构件制造方面具有突出优势而受到广泛关注。本文采用激光选区熔化技术并分别结合增强体外加法和原位合成法制备了Ti-TiN和Ti-TiB颗粒增强钛基复合材料,重点研究了增强体含量对复合材料微结构、显微硬度和耐磨性与腐
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钛及钛合金因其低密度和良好的耐蚀性,在航空航天、船舶制造等领域具有广阔的前景。然而,由于较差的耐磨性限制了它们在摩擦环境中的应用。近年来,激光选区熔化技术在传统制造方法无法完成复杂异形定制结构件制造方面具有突出优势而受到广泛关注。本文采用激光选区熔化技术并分别结合增强体外加法和原位合成法制备了Ti-TiN和Ti-TiB颗粒增强钛基复合材料,重点研究了增强体含量对复合材料微结构、显微硬度和耐磨性与腐蚀行为的影响,获得了如下研究结果:在激光选区熔化成形TiN增强钛基复合材料内,TiN颗粒沿钛基体晶界均匀分布;随着TiN含量增加(0~7.5 wt.%),钛晶粒显著细化,显微硬度也明显增加,从(256±11)HV0.2提高到(403±20)HV0.2。此外,由于TiN颗粒的加入,耐磨性也得到极大改善,与CP-Ti材料相比,耐磨性最大提高了约29.2%。对于激光选区熔化成形原位合成Ti-TiB复合材料:随着TiB2含量增加(0~7.5wt.%),α′-Ti晶粒平均宽度从1.03±0.24μm降低到0.36±0.05μm,这主要归因于TiB2增强相的添加以及激光选区熔化过程中高冷却速率引起的α′马氏体晶粒细化、未溶TiB2颗粒的弥散强化、固溶强化效应等共同作用的结果。此外,Ti-TiB复合材料的耐磨性随着TiB2含量的增加而增强,相比于CP-Ti材料最大提高了约32.6%。激光选区熔化成形CP-Ti、Ti-2.5TiN和Ti-2.5TiB三类材料,在3.5 wt.%Na Cl溶液中浸泡0天、5天和10天后进行电化学测试,比较它们在不同阶段的腐蚀行为。当浸泡0天时,Ti-2.5TiB复合材料具有更多的腐蚀中心和作为微阴极的增强体,可以加速其早期溶解使其更早形成钝化膜,导致比CP-Ti和Ti-2.5TiN具有更优的耐蚀性能。当浸泡5天和10天后,Ti-2.5TiN表现出比Ti-2.5TiB和CP-Ti更优的耐蚀性能,这主要归因于Ti-2.5TiN具有更细小的晶粒和δ-TiN相的存在,这对提高电偶耦合强度,加速钛基体早期溶解,以及形成稳定钝化膜具有积极作用。
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