激光熔覆TC4水下环境耐腐蚀耐磨性能调控机理研究.pdfVIP

中原工学院硕士学位论文

摘要

海洋环境的恶劣条件对于零部件的耐久性提出了极高的要求，海水中的盐

分、湿度和大气中的氧气等因素会加速金属表面的腐蚀过程，使得零部件表面

很容易受到损伤。这些损伤形式多样，包括点蚀、磨损和裂纹等，它们往往会

逐渐扩大并严重影响构件的性能和寿命，最终导致整体失效。为了应对这些挑

战，激光熔覆技术成为一种有效的方法，通过在工件表面形成高性能涂层，可

以有效提高构件的耐腐蚀和耐摩擦磨损性能。对于已经遭受严重损坏的工件，

多层激光沉积修复技术成为了一项有效的解决方案。通过这项技术，可以在无

需更换整个零件的情况下，对受损的部分进行修复。不仅大大减少了维修成本，

而且延长了工件的使用寿命。通过这一技术的应用使得原本被认为需要被淘汰

的工件重新得到利用，可以节省大量人力资源和资金成本，并提升生产效率。

基于上述问题，首先对激光熔覆钛合金的单道、多道和多层工艺参数进行

了全面的探索，以确保熔覆层的成型质量。分析了不同激光功率、扫描速率、

送粉速率、搭接率以及保护气体流量对熔覆层高度、宽度、熔深和稀释率的影

响。此外，对这些工艺参数对熔覆层的宏观形貌和内部组织的影响进行了深入

探讨，以全面了解激光熔覆过程中的各项关键因素对最终成品质量的影响。在

研究过程中，进行了熔覆过程中裂纹的萌生和扩展的机理进行了分析。为了模

拟海洋环境下的实际情况，进行电化学腐蚀和摩擦磨损实验，并对熔覆后的基

体、热影响区和熔覆层组织的微观状态进行了详细分析，包括组织形貌、晶粒

度、相组成、相比例和织构等方面，以揭示熔覆层组织在工艺参数影响下的演

变规律。最后，通过电化学实验和摩擦磨损实验对比分析了各工艺参数下涂层

的耐腐蚀和耐磨损状况，并运用电化学数值模拟方法，深入分析了钛合金材料

在海洋环境中腐蚀机理的相关规律。

研究结果显示：进行激光熔覆时设定激光功率1600W，扫描速度480mm/s，

送粉速率5.320g/min，没有出现裂纹或未熔现象。在硬度方面，单道激光熔覆

525HV320HV300HV

层顶部硬度达到了，而基体热影响区的显微硬度则在～之

间。与单道熔覆实验不同的是，多层沉积熔覆层内部的硬度并没有发生突变，

两种工艺材料表面硬度都在360HV至550HV之间平滑过渡。发现激光熔覆

TC4合金内部组织主要由等轴状α相和细小的针状马氏体（α´）组成；多层激光

熔覆的熔覆层内分为三个区域分别是枝晶区域、等轴晶粒区域、外延生长区域,

在各个区域内部组织相差较大。TC4合金经激光熔覆后形成的涂层具备较高的

自腐蚀电位，具有更优秀的耐腐蚀性能。在对不同搭接率下熔覆成型的钛合金

I

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涂层的研究中，发现当熔覆层搭接率为40%时，涂层表现出最高的自腐蚀电位，

这些结果在宏观上证明了其具有更出色的耐腐蚀性能。

关键词：TC4钛合金；激光熔覆；显微组织；耐腐蚀；摩擦磨损

II

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Abstract

Theharshconditionsofthemarineenvironmentimposeextremelyhighdemands

onthedurabilityofparts.Factorslikesaltcontentinseawater,humidity,andoxygen

intheatmospherecanacceleratethecorrosionprocessonthesurfaceofmetals,

makingcomponentseasilypronetodamage.Thesedamagescomeinvariousforms,

includingpitting,wearandtear,an