सार: पहनने के प्रतिरोध प्रदर्शन में सुधार करने के लिए लेजर से ढका हुआ Ti2Al6V सतह पर तैयार Ni + TiB4 मिश्रित कोटिंग, सूक्ष्म संरचना और यांत्रिक गुणों पर पाउडर अनुपात के प्रभाव का अध्ययन किया गया है। लेजर क्लैडिंग कोटिंग मुख्य रूप से TiB, TiB2, α-Ti, β-Ti, NiTi मिश्र धातु ठोस घोल और TiO2 से बनी होती है। क्लैडिंग परत मुख्य रूप से काले अण्डाकार चरण, लम्बी सुई जैसी अवस्था और आसपास के सेल क्रिस्टल चरण से बनी होती है। काला अण्डाकार चरण, सुई जैसी अवस्था और आसपास के सेल क्रिस्टल चरण क्रमशः TiB2, TiB, NiTi हैं। जब TiB2 योजक मात्रा सामग्री बढ़ जाती है, TiB सामग्री बढ़ जाती है, TiB मेटलोग्राफिक कण मोटे हो जाते हैं। क्लैडिंग परत की उच्चतम माइक्रोहार्डनेस 920 HV8 तक पहुंच जाती है। 1, जो Ti0Al3V मिश्र धातु से लगभग 6 गुना अधिक है, बढ़ी हुई सूक्ष्म कठोरता क्लैडिंग कोटिंग के पहनने के प्रतिरोध गुणों में सुधार करती है। भार बढ़ने के साथ भंगुर छिलना अधिक गंभीर हो जाता है, और मिश्रित कोटिंग उच्च भार की स्थिति के लिए उपयुक्त नहीं है।
कीवर्ड: लेजर क्लैडिंग; Ni + TiB2 कम्पोजिट कोटिंग; Ti6Al4V; पहनने के प्रतिरोध गुण

1. परिचय

टाइटेनियम मिश्र धातुओं में उच्च शक्ति, कम घनत्व और अच्छा संक्षारण प्रतिरोध जैसे उत्कृष्ट गुण होते हैं, और इनका उपयोग अक्सर एयरोस्पेस, समुद्री इंजीनियरिंग, ऑटोमोबाइल विनिर्माण और अन्य क्षेत्रों में किया जाता है [1]। हालांकि, टाइटेनियम मिश्र धातुओं की कम कठोरता और खराब पहनने का प्रतिरोध उनके व्यापक अनुप्रयोग को सीमित करता है। सतह संशोधन प्रौद्योगिकी में, उच्च ऊर्जा घनत्व, छोटे ताप-प्रभावित क्षेत्र और मजबूत धातुकर्म बंधन के साथ लेजर क्लैडिंग ने हमेशा बहुत ध्यान आकर्षित किया है [2]।

टाइटेनियम मिश्रधातुओं की लेजर क्लैडिंग में विभिन्न सामग्री प्रणालियों को पेश किया गया है, जिनमें से समग्र सामग्री प्रणाली एक अधिक लोकप्रिय और प्रभावी तरीका है [३]। समग्र सामग्री प्रणाली में, TiB3 सुदृढीकरण चरण का उपयोग कठोरता और पहनने के प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए एक व्यवहार्य तरीके के रूप में किया जाता है। क्यूई के। एट अल। [१] ने लेजर क्लैडिंग Fe, Co, Cr, B और C मिश्रित पाउडर द्वारा Ti2Al1V मिश्रधातु पर TiB2 / धातु समग्र कोटिंग तैयार की, और कोटिंग के यांत्रिक गुणों और पहनने के गुणों पर चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव का अध्ययन किया। लिन वाईएच एट अल। [४] ने टाइटेनियम मिश्रधातु पर TiB6 / TiB ग्रेडिएंट कोटिंग तैयार करने के लिए शुद्ध TiB4 पाउडर का इस्तेमाल किया। माइक्रोहार्डनेस ने एक ग्रेडिएंट कमी की प्रवृत्ति दिखाई, लेकिन फ्रैक्चर टफनेस ने एक ग्रेडिएंट वृद्धि की प्रवृत्ति दिखाई। कठोरता और घिसाव के प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए कोटिंग के मुख्य संरचनात्मक चरण के रूप में नाइट्राइड और बोराइड की धातु मैट्रिक्स मिश्रित सामग्री (TiN, TiAlN, AlN और TiB4) का उपयोग किया गया।

निकल या निकल-आधारित मिश्र धातु अच्छी संरचनात्मक स्थिरता, उच्च तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, उच्च शक्ति और अच्छी गीलापन के साथ एक आदर्श मैट्रिक्स है। लेजर क्लैडिंग कण प्रबलित समग्र कोटिंग को अनुकूलित मिश्र धातु पाउडर में सीधे प्रबलित एजेंट या संबंधित तत्वों को जोड़कर तैयार किया गया था, और विभिन्न यांत्रिक गुणों के साथ कम से कम दो चरणों के साथ लेजर क्लैडिंग कोटिंग भविष्य में सतह को मजबूत करने की एक महत्वपूर्ण मांग बन जाएगी [6]। जू एसवाई एट अल। [7] ने लेजर क्लैडिंग द्वारा Ti60Al6V मिश्र धातु की सतह पर TiC/Ni4 समग्र कोटिंग तैयार की। यू एक्सएल एट अल। [2] ने लेजर क्लैडिंग द्वारा 20 स्टील सब्सट्रेट पर निकल-टाइटेनियम कार्बाइड कंपोजिट तैयार वांग क्यू. एट अल. [40] ने Ni-आधारित ग्रेडिएंट कंपोजिट कोटिंग्स की सूक्ष्म संरचना और गुणों का अध्ययन किया। कोटिंग्स में Ni मैट्रिक्स, WC और कई कार्बाइड और बोराइड हार्ड चरण शामिल थे। अधिकतम माइक्रोहार्डनेस 40HV40 तक पहुंच गई, और घर्षण गुणांक और पहनने के नुकसान के मूल्य Q851 स्टील की तुलना में कम थे।

Ti6Al4V मिश्र धातु की सूक्ष्म संरचना और घिसाव प्रतिरोध का अध्ययन करने के लिए, Ti2Al6V मिश्र धातु लेजर क्लैडिंग परतों को तैयार करने के लिए Ni और TiB4 मिश्रित पाउडर का चयन किया गया।

2 प्रायोगिक सामग्री और तरीके
2. 1 प्रायोगिक सामग्री
सब्सट्रेट के रूप में 100 मिमी × 100 मिमी × 10 मिमी Ti6Al4V मिश्र धातु प्लेट का चयन किया गया था, और इसकी रासायनिक संरचना और यांत्रिक गुण क्रमशः तालिका 1 और तालिका 2 में दिखाए गए हैं। चूंकि Ni पाउडर गर्मी स्रोत वितरण में सुधार कर सकता है और लेजर क्लैडिंग के दौरान गर्मी को केंद्रित कर सकता है, इसलिए TiB2 को सुदृढ़ीकरण चरण के रूप में एक समग्र कोटिंग तैयार करने के लिए Ni पाउडर और TiB2 पाउडर का चयन किया गया। Ni पाउडर और TiB2 पाउडर की धातु विज्ञान आकृति विज्ञान चित्र 1 में दिखाया गया है।

2. 2 प्रयोगात्मक विधियाँ
पाउडर और बेस प्लेट को कसकर जोड़ने के लिए, टाइटेनियम मिश्र धातु प्लेट की सतह ऑक्साइड परत को हटाने के लिए यांत्रिक पीस का उपयोग किया गया था, और तेल के दाग को हटाने के लिए 5% HF + 15% HNO3 एसिड समाधान का उपयोग किया गया था। निरंतर लेजर प्रदान करने के लिए एक YSL-3000 निरंतर फाइबर लेजर का उपयोग किया गया था, और प्रीसेट पाउडर के साथ Ti6Al4V प्लेट को 200 मिमी × 200 मिमी × 50 मिमी प्लास्टिक बॉक्स में रखा गया था, और आर्गन गैस को लगातार प्लास्टिक बॉक्स में इंजेक्ट किया गया था। लेजर क्लैडिंग प्रक्रिया के दौरान, स्पॉट व्यास 1.8 मिमी है और स्कैनिंग गति 7 मिमी / एस है। जब Ni + TiB2 का अनुपात 40% होता है, तो लेजर पाउडर पैरामीटर क्रमशः 700W, 900W और 1100W होते हैं, और माइक्रोस्ट्रक्चर और यांत्रिक गुणों पर लेजर पाउडर के प्रभाव का अध्ययन किया जाता है; जब लेजर पाउडर का द्रव्यमान 900W होता है, तो पाउडर अनुपात क्रमशः Ni + 20% TiB2, Ni + 30% TiB2, Ni + 40% TiB2 होते हैं, और लेजर पाउडर द्रव्यमान पर पाउडर अनुपात के प्रभाव का अध्ययन किया जाता है। लेजर क्लैडिंग परत वाले नमूनों को S-1 (P = 700W), S-2 (P = 900W), S-3 (P = 1100W), S-4 (R = Ni + 30% TiB2), S-5 (R = Ni + 40% TiB2) के रूप में चिह्नित किया जा सकता है।

एक्स-रे डिफ्रैक्टोमीटर (XＲD) नमूने, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) नमूने और प्रदर्शन परीक्षण नमूने इलेक्ट्रिक स्पार्क कटिंग द्वारा तैयार किए गए थे, और नमूनों को यांत्रिक रूप से पीसकर, यांत्रिक रूप से पॉलिश करके और 5% HF + 15% HNO3 एसिड घोल द्वारा संक्षारित करके तैयार किया गया था। लेजर क्लैडिंग परत की चरण संरचना को ब्रूकर D8-एडवांस माइक्रो-एरिया एक्स-रे डिफ्रैक्टोमीटर (XＲD) द्वारा चिह्नित किया गया था, और लेजर क्लैडिंग परत की सूक्ष्म संरचना को ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप (OM) और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) द्वारा देखा गया था। लेजर क्लैडिंग परत की सतह की गहराई के साथ कठोरता को मापने के लिए HV-5 विकर्स कठोरता परीक्षक का अध्ययन किया गया था। घर्षण और पहनने के परीक्षण के लिए HＲS-2M हाई-स्पीड रेसिप्रोकेटिंग घर्षण और पहनने के परीक्षक का चयन किया गया था। घर्षण सहायक सामग्री 3 मिमी व्यास वाली Si2N4 सिरेमिक पीसने वाली गेंद थी। घर्षण और घिसाव के मापदण्ड थे - प्रत्यागामी गति 200r/मिनट और रेडियल भार 20/40/60N।

3 परिणाम और चर्चा
3.1 एक्सआरडी चरण संरचना
पांच नमूनों की XRD चरण संरचना चित्र 2 में दिखाई गई है। प्रत्येक नमूने में इसकी रासायनिक संरचना में TiN की एक छोटी मात्रा होती है, यही कारण है कि N परमाणु लेजर क्लैडिंग परत में घुसकर नाइट्राइडिंग प्रतिक्रिया का कारण बनते हैं। पिघले हुए पूल के प्रवाह के दौरान, वैनेडियम की एक छोटी मात्रा टाइटेनियम मिश्र धातु मैट्रिक्स सामग्री में घुल जाती है, और इस प्रक्रिया में, α चरण β चरण में बदल जाता है, इसलिए β-Ti चित्र 2 में दिखाई देता है। लेजर क्लैडिंग प्रक्रिया के दौरान TiB2 में विघटन-वर्षा विशेषता होती है। TiB2 की एक छोटी मात्रा पूरी तरह से घुल सकती है, और कुछ TiB2 Ti के साथ मिलकर TiB बना सकते हैं, और शेष TiB2 फिर से क्रिस्टलीकृत हो सकते हैं। Ti, NiTi, Ni3Ti और NiTi2 बनाने के लिए Ni के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, लेकिन Ti और Ni में एक ही रासायनिक बंधन ऊर्जा होती है, जिससे एक स्थिर NiTi धातु निष्क्रिय यौगिक बनाना आसान हो जाता है, और Ti परमाणुओं में एक मजबूत प्रसार दर होती है, इसलिए Ti और Ni केवल NiTi［9］ बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं। जैसा कि चित्र 2 से देखा जा सकता है, लेजर क्लैडिंग परत मुख्य रूप से TiB, TiB2, α-Ti, NiTi मिश्र धातु ठोस समाधान, TiO2, आदि से बनी होती है, और XRD परिणाम भी β-Ti की एक छोटी मात्रा दिखाते हैं।

औसत गिब्स मुक्त ऊर्जा के अनुसार, तीन अभिक्रियाएँ हो सकती हैं: चित्र में (1), (2), और (3) देखें। लेजर क्लैडिंग प्रक्रिया के दौरान, Ni और B परमाणु Ti परमाणुओं के साथ प्रतिक्रिया करके TiB2, NiTi और TiB उत्पन्न कर सकते हैं। औसत गिब्स मुक्त ऊर्जा ΔG2 < ΔG1 < ΔG3, इसलिए सामग्री निर्माण का क्रम TiB > NiTi > TiB2 है।

जब TiB2 पाउडर का अनुपात 30% तक बढ़ जाता है, तो थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया सूत्र (2) दाईं ओर बढ़ता है। लेजर क्लैडिंग परत में TiB चरण बढ़ता है और Ti चरण घटता है। जब TiB2 पाउडर का अनुपात 40% तक बढ़ता रहता है, तो TiB और TiB2 चरणों की सामग्री और बढ़ जाती है। इसके अलावा, Ni और Ti में एक मजबूत आत्मीयता होती है और धीरे-धीरे NiTi धातुकरण बनता है। इसलिए, Ni + 40% TiB2 लेजर क्लैडिंग परत के अंतिम मुख्य उत्पाद NiTi, TiO2, TiB, TiB2 और Ti हैं।

3.2 माइक्रोस्ट्रक्चर
Ni + 20% TiB2 लेजर क्लैडिंग परत की SEM संरचना चित्र 3 में दिखाई गई है। क्लैडिंग परत मुख्य रूप से काले अण्डाकार चरण, लम्बी सुई चरण और आसपास के सेलुलर चरण से बनी होती है। सबसे अधिक वितरित सूक्ष्म कण चरण का औसत व्यास 0.5 ~ 3.0μm है। चूँकि B तत्व की परमाणु संख्या 5 है, इसलिए साधारण ऊर्जा स्पेक्ट्रम विश्लेषक 10 से कम परमाणु संख्या वाले तत्वों की सामग्री को सटीक रूप से नहीं माप सकता है। इलेक्ट्रॉन जांच एक्स-रे माइक्रोएनालिसिस (EPMA) का उपयोग क्लैडिंग परत में प्रत्येक तत्व के वितरण और सामग्री को मापने के लिए किया जाता है [10, 11]। चित्र 3 में विभिन्न स्थितियों पर EPMA परिणाम तालिका 3 में दिखाए गए हैं।

तालिका 3 से देखा जा सकता है कि क्लैडिंग परत की रासायनिक संरचना मुख्य रूप से Ti, B, Ni तत्वों से बनी है, और इसमें Al और V तत्वों की थोड़ी मात्रा है। स्थिति a पर Ti और Ni तत्वों की सामग्री मूल रूप से समान है, कोई B तत्व नहीं है, और NiTi ठोस घोल मौजूद हो सकता है। स्थिति b पर मुख्य तत्व Ti और B हैं, और दोनों तत्वों की सामग्री 40% से अधिक है। यह अनुमान लगाया जा सकता है कि स्थिति b पर सुई जैसा चरण TiB है।

गिब्स के ऊष्मागतिकी नियम के अनुसार, BB बंध ऊर्जा > B-Ti बंध ऊर्जा > Ti-Ti बंध ऊर्जा [12], जो TiB की अपनी ऊंचाई दिशा में वृद्धि दर को अपनी ऊंचाई के लंबवत विकास दिशा की तुलना में तेज़ और तेज़ बनाता है, जिससे सुई जैसा चरण आसानी से दिखाई देता है। स्थिति c पर B तत्व की सामग्री Ti तत्व की तुलना में लगभग दोगुनी है। चित्र 2 में XRD स्पेक्ट्रम दिखाता है कि TiB2 के विवर्तन शिखर की तीव्रता अपेक्षाकृत अधिक है। स्थिति c पर काला अण्डाकार चरण TiB2 होने की संभावना है।

विभिन्न पाउडर अनुपातों के साथ लेजर क्लैडिंग परतों की SEM माइक्रोस्ट्रक्चर को चित्र 4 में दिखाया गया है। यह देखा जा सकता है कि जब TiB2 की मात्रा कम होती है, तो क्लैडिंग परत में TiB की मात्रा कम हो जाती है और इसका वितरण भी अधिक फैला हुआ होता है। जब TiB2 की मात्रा बढ़ जाती है, तो TiB की मात्रा बढ़ जाती है, TiB मेटलोग्राफिक कण मोटे हो जाते हैं, और वितरण बिखर जाता है। यह घटना B तत्व की वृद्धि के कारण होती है जो B और Ti तत्व के बीच प्रतिक्रिया को बढ़ावा देती है।

कोटिंग की सूक्ष्म संरचना का अध्ययन करने के लिए, कोटिंग के शीर्ष, मध्य और निचले भाग की SEM सूक्ष्म संरचना को चित्र 5 में दर्शाया गया है।

गहराई ढाल के साथ क्लैडिंग परत संरचना का विकास बहुत स्पष्ट है। कोटिंग के शीर्ष पर बड़ी संख्या में दो-चरण कणों को सीटू में संश्लेषित किया जाता है, जिनमें से कई बारीक कुचले जाते हैं, और सुई के आकार और आकार की संरचनाओं की एक छोटी संख्या होती है। इसी समय, TiB और TiB2 कठोर सुदृढीकरण कण पिघले हुए पूल के शीर्ष पर अत्यधिक तापमान के नुकसान को रोक सकते हैं। पिघलने और विनाश के बाद, क्लैडिंग परत में दाने अनियमित दिशा में गैर-दिशात्मक रूप से बढ़ते हैं और फिर से नाभिक बनाते हैं। न्यूक्लियेशन के बाद नए चरण का आकार छोटा होता है, जो चरण कणों को परिष्कृत बनाता है [13]। कोटिंग के बीच को ऊपर से नीचे तक बारी-बारी से गर्मी संवहन द्वारा प्रभावित किया जा सकता है, और बड़ी संख्या में तत्व बीच में केंद्रित होते हैं, इसलिए EPMA बोरॉन तत्वों का पता नहीं लगा सकता है, और कोटिंग का शीर्ष काले पंखुड़ी के आकार के चरणों, काले ठीक सुई के आकार के चरणों और सफेद हेरिंगबोन चरणों से बना है।

जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है, माइक्रोस्ट्रक्चर के प्लेन स्कैनिंग के परिणाम बताते हैं कि एक समृद्ध यूटेक्टिक संरचना है। काली पंखुड़ी के आकार का चरण TiB/TiB2/TiNiB यूटेक्टिक चरण हो सकता है, सफेद हेरिंगबोन चरण NiTi है, और अन्य चरण टाइटेनियम मार्टेंसिटिक चरण परिवर्तन के व्युत्पन्न हैं। 20% TiB2 लेजर क्लैडिंग कोटिंग के बीच में BES माइक्रोस्ट्रक्चर को चित्र 7 में दिखाया गया है, जिसमें विभिन्न रंगों के चरण हैं, अर्थात् चमकदार सफेद, काला और गहरा ग्रे। चमकीला NiTi इंटरमेटेलिक यौगिक है, काला टाइटेनियम-बोरॉन मिश्रित चरण है, और गहरा ग्रे मार्टेंसिटिक टाइटेनियम और टाइटेनियम ऑक्साइड का मिश्रित चरण है। लेजर क्लैडिंग कोटिंग के निचले भाग में हेरिंगबोन चरण धीरे-धीरे बढ़ता है, गहरे भूरे रंग की परत का क्षेत्र बढ़ने लगता है, और काली पंखुड़ी के आकार का चरण और काली महीन सुई के आकार का चरण काफी कम हो जाता है।

3.3 माइक्रोहार्डनेस
माइक्रोहार्डनेस टेस्ट के अनुसार, Ti6Al4V मिश्र धातु की कठोरता 349.2HV1.0 है। गहराई के साथ अलग-अलग पाउडर अनुपातों के साथ तैयार लेजर क्लैडिंग परतों की माइक्रोहार्डनेस वितरण चित्र 8 में दिखाया गया है। यह देखा जा सकता है कि अलग-अलग पाउडर अनुपातों के साथ लेजर क्लैडिंग परतों की माइक्रोहार्डनेस Ti6Al4V मिश्र धातु की तुलना में अधिक है। TiB2 पाउडर अनुपात की वृद्धि के साथ, माइक्रोहार्डनेस धीरे-धीरे बढ़ जाती है। जब TiB2 पाउडर अनुपात 40% होता है, तो क्लैडिंग परत की उच्चतम माइक्रोहार्डनेस 920.8HV1.0 तक पहुँच जाती है, जो Ti3Al6V मिश्र धातु से लगभग 4 गुना है।

एक निश्चित सीमा के भीतर लेजर क्लैडिंग परत की गहराई में वृद्धि के साथ, परत की माइक्रोहार्डनेस में तेजी से गिरावट की प्रवृत्ति दिखाई देती है, और सब्सट्रेट और कोटिंग की बॉन्डिंग सतह के ऊपर क्रॉस-सेक्शन परत माइक्रोहार्डनेस में उतार-चढ़ाव की घटना दिखाती है। 0.7 से 0.8 मिमी की गहराई वाली क्रॉस-सेक्शन परत गर्मी प्रभावित क्षेत्र में है। इस क्षेत्र की माइक्रोहार्डनेस लगभग 400HV1.0 है, और माइक्रोहार्डनेस की ऊपर की ओर प्रवृत्ति बहुत धीमी है। 0.7 से 0.8 मिमी की गहराई पर क्रॉस-सेक्शन परत की माइक्रोहार्डनेस अपेक्षाकृत अधिक है क्योंकि लेजर क्लैडिंग परत में सख्त TiB2 अनाज में एक मजबूत प्रभाव प्रतिरोध होता है, और लेजर क्लैडिंग प्रक्रिया ठीक TiB के गठन को बढ़ावा दे सकती है और अनाज सीमा अव्यवस्था को रोक सकती है, जिससे लेजर क्लैडिंग प्रक्रिया द्वारा तैयार लेजर क्लैडिंग परत की माइक्रोहार्डनेस में सुधार होता है [14]।

पिघले हुए पूल के प्रवाह के प्रभाव में, सतह TiB2 फैलना शुरू हो जाती है, और क्लैडिंग परत के बीच में कुछ अवशिष्ट TiB2 होगा, लेकिन सांद्रता बहुत अधिक नहीं होगी, और माइक्रोस्ट्रक्चर [15] भी थोड़ा कम हो जाएगा। क्लैडिंग परत का निचला किनारा गर्मी से प्रभावित क्षेत्र है। पिघलने के बाद Ti तत्वों की एक बड़ी मात्रा ऊपर तैरती है, जिसके परिणामस्वरूप मूल सामग्री की पिघले हुए पूल में बड़ी कमजोर पड़ने की दर होती है, बिना पर्याप्त सुदृढ़ीकरण चरण के, और गर्मी से प्रभावित क्षेत्र में सबसे कम माइक्रोहार्डनेस होती है [16]। परिणाम बताते हैं कि TiB2 पाउडर के जुड़ने से क्लैडिंग परत की कठोरता में काफी सुधार होता है।

3.4 पहनें प्रतिरोध
समान पाउडर अनुपात वाली लेजर क्लैडिंग परत की घिसाव दर लोड के साथ बदलती रहती है जैसा कि चित्र 9 में दिखाया गया है। Ti6Al4V और लेजर क्लैडिंग परतों की घिसाव दर लोड बढ़ने के साथ बढ़ती है, और लेजर क्लैडिंग परतों की घिसाव दर Ti6Al4V सब्सट्रेट सामग्रियों की तुलना में बहुत कम है, जो दर्शाता है कि क्लैडिंग परतों का घिसाव प्रतिरोध बहुत बढ़िया है। क्लैडिंग परतों की घिसाव दर हार्ड फेज़ सामग्री से निकटता से संबंधित है। जब TiB2 पाउडर अनुपात 20% से 30% तक बढ़ जाता है, तो TiB हार्ड फेज़ सामग्री बढ़ जाती है और घिसाव दर कम हो जाती है; जब TiB2 पाउडर अनुपात 30% से 40% तक बढ़ जाता है, तो TiB हार्ड फेज़ सामग्री और बढ़ जाती है, और TiB2 दिखाई देता है, जिसके परिणामस्वरूप न्यूनतम घिसाव दर केवल 1.5 × 10-4 mm3/s होती है।

विभिन्न भारों के तहत Ti6Al4V के SEM पहनने की आकृति विज्ञान को चित्र 10 में दिखाया गया है। जैसा कि चित्र 10a से देखा जा सकता है, टाइटेनियम मिश्र धातु 20 N के भार के तहत बहुत कम पहनने वाले मलबे का उत्पादन करती है, और पहनने का क्षेत्र अनियमित, घुमावदार और हीरे के आकार का होता है (चित्र 10a में क्षेत्र A देखें), यह दर्शाता है कि Ti6Al4V सब्सट्रेट सामग्री घूमने वाली गति के दौरान गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त हो गई है। जब भार 40N तक बढ़ जाता है, तो नाले की गहराई बढ़ जाती है (चित्र 10b में क्षेत्र B देखें), अपघर्षक कण तेजी से बढ़ते हैं, और सब्सट्रेट पहनने की प्रक्रिया के दौरान पहनने और विचलन होता है, इसलिए अपघर्षक पहनने और चिपकने वाला पहनने बहुत गंभीर होते हैं। जब भार 60N होता है, तो पहनने की सतह पर कुछ बड़े गड्ढे उत्पन्न होते हैं (चित्र 10c में क्षेत्र C देखें), और घर्षण कण खरोंच की सतह पर जमा होते हैं (चित्र 10c में क्षेत्र D देखें)। इसलिए, बढ़ा हुआ भार घर्षण और पहनने की प्रक्रिया के दौरान टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री की छीलने में तेजी लाएगा, और टाइटेनियम मिश्र धातु का घर्षण और पहनने का प्रदर्शन बहुत खराब है। ली जेएन एट अल। [17] और वेंग एफ। एट अल। [18] ने भी टाइटेनियम मिश्र धातुओं की समान पहनने वाली सतहें पाईं।

Ni + 40% TiB2 क्लैडिंग परत में सबसे अधिक सूक्ष्म कठोरता और सबसे अच्छा पहनने का प्रतिरोध है। इसलिए, लेजर क्लैडिंग परत के पहनने के तंत्र का अध्ययन करने के लिए टाइटेनियम मिश्र धातु की सतह पर Ni + 40% TiB2 क्लैडिंग परत का चयन किया गया था। SEM पहनने की आकृति विज्ञान लेजर क्लैडिंग परत विभिन्न भारों के तहत चित्र 11 में दिखाया गया है। लेजर क्लैडिंग परत की माइक्रोहार्डनेस में काफी सुधार हुआ है, इसलिए क्लैडिंग परत का पहनने का प्रदर्शन टाइटेनियम मिश्र धातु की तुलना में बहुत बेहतर है। जैसा कि चित्र 11 ए से देखा जा सकता है, अपघर्षक कणों की संख्या बहुत कम हो गई है और आकार भी बहुत छोटा हो गया है (चित्र 11 ए में क्षेत्र ए देखें)। यह कठोर NiB, TiB2 और TiO2 कठोर चरणों के पहनने के कारण है [5]। पहने हुए क्लैडिंग परत में कुछ ढह गई संरचनाएं दिखाई देती हैं (चित्र 11 बी में क्षेत्र बी देखें)। संरचना कठोर चरण कण होने की संभावना है। छोटे धातु के चिप्स अपनी उच्च भार वहन क्षमता के कारण धारीदार होते हैं, जिससे खांचे और खरोंच बनने से बचते हैं। जब लोड 40 N तक बढ़ जाता है, तो लैमेलर स्पैलिंग होने की संभावना अधिक होती है, Ni + 40% TiB2 क्लैडिंग परत की अपघर्षक धूल काफी बढ़ जाती है, घिसी हुई सतह पर माइक्रोपोर दिखाई देते हैं (चित्र 11b में क्षेत्र C देखें), और अपघर्षक घिसाव और चिपकने वाला घिसाव एक ही समय में होता है। जैसे-जैसे लोड और बढ़ता है, लैमेलर स्पैलिंग की अपघर्षक धूल भी बढ़ जाती है। आवरण परत संपूर्ण घिसी हुई सतह पर फैलने लगती है, और माइक्रोपोर की गहराई और चौड़ाई बढ़ जाती है (चित्र 11बी में क्षेत्र डी देखें)। ये सभी घटनाएँ संकेत देती हैं कि भार बढ़ने के साथ, भंगुर छिलना अधिक गंभीर हो जाता है, और मिश्रित कोटिंग उच्च भार स्थितियों के लिए उपयुक्त नहीं है।

4 निष्कर्ष

Ti6Al4V मिश्र धातु के पहनने के प्रतिरोध में सुधार करने के लिए, लेजर क्लैडिंग कोटिंग टाइटेनियम मिश्र धातु की सतह पर Ni और TiB2 मिश्रित पाउडर का उपयोग करके तैयार किया गया था। परिणाम नीचे दिखाए गए हैं।

(1) लेजर क्लैडिंग परत के एक्सआरडी परिणाम बताते हैं कि लेजर क्लैडिंग परत मुख्य रूप से TiB, TiB2, α-Ti, β-Ti, NiTi मिश्र धातु ठोस समाधान और TiO2 से बना है, और TiB2 पाउडर अनुपात की वृद्धि के साथ, TiB2 चरण सामग्री आगे बढ़ जाती है।

(2) क्लैडिंग परत मुख्य रूप से काले अण्डाकार चरण, लम्बी सुई जैसी अवस्था और आसपास के सेलुलर चरण से बनी होती है। काला अण्डाकार चरण TiB2 है, सुई जैसी अवस्था TiB है, और आसपास का सेलुलर चरण NiTi है। TiB2 की मात्रा बढ़ने के साथ, TiB की मात्रा बढ़ जाती है और TiB मेटलोग्राफिक कण मोटे हो जाते हैं।

(3) जब TiB2 पाउडर अनुपात 40% होता है, तो क्लैडिंग परत की माइक्रोहार्डनेस अधिकतम 920. 8HV1. 0 तक पहुँच जाती है, जो Ti3Al6V मिश्र धातु से लगभग 4 गुना अधिक है। माइक्रोहार्डनेस में वृद्धि क्लैडिंग परत के पहनने के प्रतिरोध में सुधार करती है। जैसे-जैसे लोड बढ़ता है, समग्र कोटिंग की भंगुर छीलने की समस्या अधिक से अधिक गंभीर हो जाती है, जो उच्च लोड स्थितियों के लिए उपयुक्त नहीं है।