鈦合金表面幾種新型耐磨涂層的激光制備、組織及性能初步研究.pdf

1、本文以制備鈦合金氣門(mén)用耐磨涂層為研究背景，采用激光技術(shù)在Ti-6Al-4V(TC4)鈦合金表面制備了四種新型耐磨涂層，即包含稀土La2O3的F101鎳基合金涂層，Ti-Al-Nb合金涂層，Ti-Si-C涂層，Ti-Si涂層。通過(guò)對(duì)比涂層宏觀及微觀質(zhì)量，優(yōu)選了激光工藝參數(shù);利用XRD、SEM、EDS等方法對(duì)涂層的顯微組織及物相進(jìn)行了分析;利用顯微硬度計(jì)對(duì)涂層橫截面硬度進(jìn)行了測(cè)量;利用多功能摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)涂層耐磨性進(jìn)行了測(cè)試，所開(kāi)展的工作

2、和取得的創(chuàng)新成果如下:
　　(1)對(duì)激光熔覆制備包含稀土La2O3的F101鎳基合金涂層進(jìn)行了研究。研究表明:稀土La2O3的添加有效提高了F101鎳基合金粉末對(duì)激光輻照能量的吸收率，降低了制備涂層所需的激光功率(1.6 kW vs1.8 kW);提高了涂層合金的液態(tài)流動(dòng)性和固態(tài)組織均勻性;雖然因過(guò)多的基材Ti元素?cái)U(kuò)散到涂層中，一定程度上降低了涂層的硬度和耐磨性，但涂層耐磨性仍是TC4基體的2.89倍，且具有較低的摩擦系數(shù)(0.4

3、1 vs0.45)。
　　(2)對(duì)激光合金化制備Ti-Al-Nb合金涂層進(jìn)行了研究。研究表明:在激光功率P=1.8 kW，掃描速度V=5 mm/s，光斑直徑D=2 mm下制備的涂層整體均勻致密，與TC4基體呈良好的冶金結(jié)合，無(wú)裂紋;涂層主要由柱狀的Ti3Al和AlNb2相組成;涂層顯微硬度在HV580～630之間，明顯高于TC4材料(HV350～360)，且沿層深方向呈平緩的梯度分布;Ti-Al-Nb涂層的耐磨性是TC4基體的2.

4、95倍，且摩擦系數(shù)較低(0.33 vs0.45)。
　　(3)對(duì)激光合金化制備Ti-Si-C涂層進(jìn)行了研究。研究表明:在激光功率P=2.0 kW，掃描速度V=9 mm/s，光斑直徑D=2 mm下制備的涂層整體均勻致密，與TC4基體呈良好的冶金結(jié)合，無(wú)裂紋;涂層主要由α-Ti、Ti3SiC2、Ti5Si3、TiCx等相組成，涂層上部組織較為致密，中、下部組織較為分散;涂層硬度值在HV607～672之間，變化趨勢(shì)較為平緩;在磨損測(cè)試中

5、，涂層不僅表現(xiàn)出良好的耐磨性（約是TC4基體的2.71倍），且具有較低的摩擦系數(shù)(0.38 vs0.45)。
　　(4)對(duì)激光合金化制備Ti-Si涂層進(jìn)行了研究。研究表明:在激光功率P=1.8kW，掃描速度V=7 mm/s，光斑直徑D=2 mm下制備的涂層整體均勻致密，與TC4基體呈良好的冶金結(jié)合，無(wú)裂紋;涂層主要由針狀的Ti基體和網(wǎng)狀分布的Ti5Si3/β-Ti共晶體組成;涂層硬度在HV660～730之間，變化趨勢(shì)平緩;涂層平均