Deneyde yüksek sertliğe ve yüksek erime noktasına sahip WC sert parçacıkları ve iyi tokluğa sahip Ni tozu seçildi. kaplama malzemelerive Ti-6Al-4V titanyum alaşımının yüzeyinde yoğun bir WC takviyeli Ni bazlı kompozit kaplama hazırladı lazer kaplama teknolojisi. Kaplamanın mikro yapısı, fazı, bileşimi ve sertliği optik mikroskop, X-ışını difraktometresi, taramalı elektron mikroskobu, enerji spektrometresi ve mikro sertlik test cihazı ile incelenmiştir. Sonuçlar, WC metal esaslı kompozit kaplamanın Ti-6A1-4V alt tabaka üzerinde 7:3 kütle oranına sahip WC:Ni toz oranı kullanılarak hazırlandığını göstermektedir. Kaplama esas olarak Ti2Ni, NiTi, WC, W2C, TiC, α-Ti, vb.'den oluşmaktadır. Çubuk şeklinde ve dendrit şeklinde siyah ve parlak TiC ve blok şeklinde WC tüm kaplamada dağılmış olup, bazı iğne şeklinde nesneler arayüz alt tabakasına yakın tarafta dağılmıştır. Kaplamanın ortalama mikro sertliği yaklaşık 760 HV'dir ve alt tabakanın sertliği yaklaşık 380 HV'dir. Kaplamanın sertliği alt tabakanın sertliğinden yaklaşık 2 kat daha yüksektir ve kaplama yüzeyinden alt tabakaya doğru düzgün bir geçiş sertlik gradyanı dağılımı vardır.

Titanyum alaşımları, yüksek özgül mukavemeti, mükemmel korozyon direnci, iyi oksidasyon direnci ve yüksek sıcaklık performansı nedeniyle havacılık, uzay, kimya sanayi, biyomedikal ve diğer endüstriyel sektörlerde yaygın olarak kullanılan yapısal malzemelerdir. lazer kaplama mükemmel bir yüzey modifikasyon teknolojisidir. Geleneksel teknolojilerle karşılaştırıldığında daha iyi kontrol edilebilirliğe sahiptir ve daha iyi yüzey kalitesi ve bağlanma mukavemeti elde edilebilir57. İkinci faz parçacık takviye fazı olarak WC, genellikle Ni ile birlikte bir kaplama katmanı mukavemeti, sürtünme direncini ve diğer özellikleri artırmak için. Şu anda, Zhang Leitao ve diğerleri, 45 çeliğin yüzeyinde yüksek performanslı bir kaplama hazırlamak için WCNi kaplamasını kullandılar lazer yeniden eritme teknoloji. Sonuçlar kaplamanın sertliğinin ve aşınma direncinin iyileştirildiğini gösterdi. Liu Ziping ve arkadaşları, nikel bazlı WC kaplamayı, lazer kaplama ile vermiküler grafit dökme demir üzerinde geliştirilmiş bir kaplama hazırlamak için başarıyla kullandılar. Sonuçlar sürtünme katsayısının önemli ölçüde iyileştirildiğini gösterdi. Zhang Zhiqiang, lazer kaplama için Q345R çeliği üzerinde farklı oranlarda Ni bazlı WC kaplama kullandı. Sonuçlar kaplamaların kullanımının çelik yüzeyinin aşınma direncini artırabileceğini gösterdi. Mevcut araştırma durumundan, araştırmaların çoğunun çelik yüzeyinde olduğu, matris olarak titanyum alaşımı üzerinde daha az araştırma olduğu görülebilir. Bu nedenle, araştırma örneklerini artırmak ve sonraki araştırmacılar için bir temel sağlamak amacıyla, bu makale kompozit kaplama katmanları yapmak için WC ve Ni kullanır, lazer kaplama teknolojisi ile metal bazlı kompozit kaplamalar sentezler, kaplamanın yapısını ve sertliğini inceler ve kaplamanın ve alt tabakanın sertlik değişimlerini karşılaştırır.

1. Deneysel malzemeler ve yöntemler

1.1 Deneysel materyaller

Deneysel alt tabaka malzemesi Ti-6AI-4V alaşımıdır ve bileşimi Tablo 1'de gösterilmiştir. Lazer kaplama numunesinin boyutu Φ50 mmx10 mm'dir. Kaplama malzemesi %99'dan daha büyük saflıkta WC/Ni tozudur. Kaplama tabakası tozu, polivinil alkol bağlayıcı çözeltisi aracılığıyla numunenin yüzeyine eşit şekilde yapıştırılır. Yapıştırılan numune bir presle preslenir ve son olarak kurutulur.

1.2 Deneysel yöntem

Kurutulmuş numune, 5000 kW gücünde ve Φ2mm nokta çapına sahip bir HL-2.5 CO4 lazer makinesi kullanılarak yukarıdaki numune kaplamasının yüzeyine lazerle kaplanır. Deney her numune için 3 kez tekrarlanır. Sonuçlar Şekil 1'de gösterilmiştir. Metalografik numuneler tel kesme ile hazırlandı ve aşındırıcı madde (4 mL konsantre HNO3, 6 ml H2O, 1 ml HF) idi ve korozyon süresi 10 saniyeydi. Numuneler OM ve SEM görüntü çekimine, XRD faz analizine ve mikro sertlik testine tabi tutuldu.

2 Sonuçlar ve analiz
2.1 Morfolojisi kaplama katmanı

Şekil 2, kaplama tabakasının 100 kez optik mikroskop altında genel görüntüsünü göstermektedir. Kaplama tabakasının düzensiz bir yapıya sahip olduğu ve kaplama tabakasının kalınlığının yaklaşık 1 mm olduğu görülebilir. Korozyon süreci sırasında belirgin korozyon düzensizliği meydana gelir; kaplama tabakasında iki belirgin çatlak vardır, biri iç arayüze dik, diğeri ise kaplama tabakasının yüzeyinde ve yüzeye paraleldir. Bunun başlıca nedeni, lazer kaplama işlemi sırasında, hızlı ısınma ve hızlı soğuma özellikleri nedeniyle kaplama tabakasının büyük bir artık iç gerilmeye sahip olması ve çatlama hassasiyetinin önemli ölçüde artması ve kaplama tabakasının çatlamasına neden olmasıdır. Kaplama tabakası ile alt tabaka arasında beyaz parlak bir bant vardır, bu tipik bir metalurjik bağlama özelliğidir ve kaplama tabakasının alt tabakaya iyi bağlandığını gösterir. Ek olarak, kaplama tabakası ile alt tabaka arasındaki arayüzde gözenekler vardır. Bunun başlıca nedeni, lazer kaplama işlemi sırasında oluşan hızlı soğutmanın, reaksiyon sonucu oluşan gazın zamanında uzaklaştırılmasını engellemesidir.

Şekil 3(a), titanyum alaşımlı kaplama tabakasının üst sınırının 500 kat büyütülmüş halidir. Dendritik fazın çoğunluğu oluşturarak her yöne dağıldığı ve kaplama tabakasında belirgin dendritik ürünler olduğu görülebilir. Bazı dendritik ürünler, şekildeki çapraz şekilli dendritler gibi, 5~10 mm boyutunda, nispeten kaba. Ayrıca dağılmış eş eksenli fazlar da vardır. Şekil 3(b), yüksek güçlü bir mikroskop lazer kaplama tabakasıdır. Organizasyon boyutu, 2~5 mm boyutunda, düzgün ve eşit şekilde dağılmıştır ve yerel boşluklar siyah renkte dağılmıştır. 1000 kat büyütülmüş optik mikroskop fotoğrafı. Şekil 3(c), 7~60 mm boyutlarında, yatay ve dikey olarak düzensiz bir şekilde düzenlenmiş çok sayıda dendritik yapının bulunduğu ve dağılımda belirgin bir düzenlilik bulunmayan, kaotik bir dağılım gösteren, 1000 kat büyütmede kaplama alanının yüksek güçlü mikroskop organizasyon şemasıdır. Şekil 3(d), lazer bölgesi ile alt tabaka arasındaki sınırın büyütülmüş görünümüdür. Sınırda belirgin beyaz parlak bir bant vardır. Üst kısım kaplama tabakası, alt kısım ise titanyum alaşımlı alt tabakadır. Kaplama tabakası ve alt tabaka iyi metalurjik bağa sahiptir. Bağlanma bölgesinin arayüzünde, titanyum alaşımlı alt tabakanın yanında belirgin iğne şekilli ve plaka şekilli martensit belirir ve arayüz kaplama tabakasının yanında arayüze dik olarak sıkıca düzenlenmiş çubuk şekilli yapılar vardır.

2.2 Kaplama tabakasının XRD analizi

Şekil 4, lazer kaplama tabakasının XRD spektrumudur. WC maddelerinin XRD diyagramında göründüğü görülebilir. Bunun nedeni, erimiş havuz olayının kaplama işlemi sırasında bulunmasıdır. PDF kartını karşılaştırarak, 0 değerinin ofset olduğu bulunur. 2dsinθ=λ formülünden, d değerinin de ofset olduğu görülebilir. Kaplama esas olarak karbürlerden ve Ni bileşiklerinden oluşur: karbürler esas olarak WC, W2C, Ni2W4C vb. içerir. Bunlar arasında TiC, W2C ve Ni2W4C, kısmi WC çözünmesinden sonra kimyasal reaksiyonlarla üretilir. İyi erime noktalarına ve sertliğe sahiptirler. Ni bileşikleri esas olarak iyi sertliğe ve mükemmel tokluğa sahip yeni üretilen TiNi ve Ti2Ni intermetalik bileşikleridir.

2.3 Kaplama tabakasının ikinci organizasyonunun analizi

Şekil 5, kaplama tabakasının yüzey tarama enerji spektrumu analizidir. Koyu hücresel yapının nispeten küçük bir Ni içeriğine sahip olduğu ve diğer elementler A, C, W, Ti ve V'nin dağılımının nispeten düzgün olduğu görülebilir. Ağ fazının Ti2Ni ve hücresel fazın NiTi olduğu ön çıkarımı yapılmıştır.

Şekil 6 ve Tablo 2'de gösterilen nokta tarama sonuçlarından, A noktasındaki beyaz faz organizasyonunun esas olarak C, Ti ve W elementlerinden oluştuğu görülebilir. Bunlar arasında C ve W içeriği en yüksek ve hemen hemen aynıdır. Bu deneyde kullanılan malzemeler ve deneysel prensip ile birleştirildiğinde, kaplamadaki beyaz fazın WC veya WC ve W2C'nin karışık bir takviye fazı olduğu sonucuna varabiliriz. B noktasındaki koyu gri organizasyonun ana bileşenleri C, Al, Ti, V, Ni ve W'dur. Bunlar arasında Ti:Ni atom oranı 1.72'dir. XRD analiz sonuçları ile birleştirildiğinde, kaplamadaki koyu gri organizasyonun bir TiNi intermetalik bileşiği olduğu sonucuna varılabilir. C noktasındaki açık gri yapı esas olarak dört elementten oluşur: C, Al, Ti, V ve Ni. Bunlar arasında Ti ve Ni içeriği en yüksektir ve Ti:Ni:C atomları 1:1:1'e yakındır. XRD sonuçlarıyla birleştirildiğinde, bunun bir Ni-Ti-C intermetalik bileşiği olduğu sonucuna varılır. Mevcut deneye göre belirli bileşim fazı belirlenemez. D noktasındaki siyah yapının ana bileşenleri C, Al, Ti, Ni ve W'dir. Bunlar arasında ℃ ve Ti içeriği en yüksektir. XRD spektrum analiziyle birleştirildiğinde, siyah küresel fazın TiC olduğu belirlenir.

2.4 Kaplama alanının mikro sertliği

Şekil 7, lazer kaplama alanının dışından alt tabakaya kadar sertlik gradyanı eğrisidir. 0.1 mm'den önceki her 1.2 mm'nin sertliğinin yaklaşık 850~670HV olduğu ve sertlik gradyanı eğrisinde 1.2~1.5 mm'den belirgin bir düşüş olduğu görülebilir. 1.5 mm'den sonra sertlik yaklaşık 380 HV'lik sabit bir değerde yaklaşık olarak sabittir. Bu, ilk 1.2 mm'nin lazer kaplama tabakası, 1.2-1.5 mm'nin ısıdan etkilenen bölge ve 1.5 mm'nin alt tabaka olduğunu gösterir. İncelenen kaplama, alt tabakadan yaklaşık 2 kat daha serttir, ortalama mikro sertliği yaklaşık 760 HV ve alt tabaka sertliği yaklaşık 380 HV'dir. Sertlik gradyanı dağılımı, kaplama yüzeyinden alt tabakaya doğru yumuşak bir geçiş göstermektedir.

3. Sonuç

(1) WC metal kompozit kaplama, 6:4 WC:Ni toz oranı kullanılarak Ti-3Al-7V alt tabakası üzerine hazırlandı.
(2) İncelenen kaplama esas olarak Ti2Ni, NiTi, WC, W2C, TiC, α-Ti, vb.'den oluşmaktadır. Numuneler optik elektron mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu altında incelendi ve çok sayıda çubuk şeklinde ve dendrit şeklinde siyah ve parlak TiC ve blok şeklinde WC tüm kaplamada dağılmış durumdaydı ve bazı iğne şeklinde nesneler arayüz alt tabakasına yakın tarafta dağılmıştı. Bunun nedeni, lazer kaplama işleminin hızlı ısıtma ve hızlı soğutma işlemi olması ve bunun da düzensiz enerji dağılımına ve hatta düzensiz bileşen dağılımına yol açmasıdır.
(3) İncelenen kaplama, alt tabakanın yaklaşık iki katı kadar serttir. Kaplamanın ortalama mikro sertliği yaklaşık 760HV'dir ve alt tabakanın sertliği yaklaşık 380HV'dir. Kaplama yüzeyinden alt tabakaya doğru düzgün bir geçiş sertlik gradyanı dağılımı vardır.