Ti6Al4V合金表面激光原位合成耐磨及高溫抗氧化復合涂層性能研究.pdf

1、鈦合金具有比強度高、耐腐蝕和生物相容性好等優點，已在機械、化工、船舶和醫療器械等領域得到廣泛的應用。但硬度低、耐磨性能差和高溫易發生氧化腐蝕等缺點制約其作為關鍵高溫運動零部件的使用。由于熔覆層與基體之間為冶金結合，結合強度高，熔覆層組織致密、晶粒細小，激光熔覆技術成為改善零件表面缺陷的有效途徑之一。
　　本研究選用質量分數為NiCr-40％Al-10%Si、NiCr-40%Al-20%Si和NiCr/Cr3C2-40%Al-20%

2、Si的混合粉末為原料，利用激光熔覆技術，在Ti6Al4V合金表面制備復合涂層。采用XRD、SEM和EDS表征了涂層的顯微組織結構，分析了復合涂層的物相成分。利用維氏顯微硬度計測試了涂層橫截面的顯微硬度；利用高溫摩擦磨損試驗機分別測試了 Ti6Al4V合金和復合涂層在不同溫度(25℃、600℃)的干滑動摩擦磨損性能并分析了其磨損機理；利用高溫電阻空氣爐和電子天平分別測定Ti6Al4V合金和復合涂層的恒溫(800℃)氧化32小時的氧化性能并

3、分析了其氧化機理。試驗結果表明：激光熔覆NiCr、Al和Si混合粉末制備復合涂層，涂層的厚度約為1.5 mm，涂層與鈦合金基體發生冶金結合。涂層以Ti5Si3和Al3Ni2為增強相，Al3Ti和NiTi為涂層基體。激光熔覆NiCr-40%Al-10%Si混合粉末制備涂層N1具有最高顯微硬度(1100 HV0.5)，約為Ti6Al4V合金(350HV0.5)的3倍，但涂層N1的硬質相分布密集且 Al3Ni2硬質相為不規則粗大球狀，具有高的

4、室溫脆性。激光熔覆NiCr-40%Al-20%Si混合粉末制備涂層N2的顯微硬度為870 HV0.5，約為Ti6Al4V合金2.5倍，涂層N2的硬質顆粒和涂層基體分布均勻且Al3Ni2硬質相為細小網格狀，涂層N2兼有高的硬度和好的韌性。激光熔覆NiCr/Cr3C2-40%Al-20%Si混合粉末制備復合涂層N3，以γ-Ni和Al8Cr5為涂層基體，TiC和Ti5Si3為增強相，涂層的平均硬度約為750 HV0.5，約為Ti6Al4V合金

5、的2倍。摩擦磨損試驗結果表明：涂層N1具有高的室溫脆性，涂層N1出現嚴重硬質顆粒脫落，發生嚴重的三體磨粒磨損，表現較差室溫耐磨性能。涂層N2具有高的硬度又具有好的韌性，表現較好室溫耐磨性能，約為鈦合金的2倍。600℃時，涂層 N2表面被氧化，氧化層產生部分固體潤滑效果，阻止對磨球與涂層直接接觸，其摩擦系數和磨損率較室溫均有降低，相對Ti6Al4V合金表現較好耐磨性能。復合涂層N3的室溫耐磨性能約為Ti6Al4V合金2.2倍，600℃條件

6、下，熱膨脹系數增大，涂層N3發生硬質顆粒脫落，涂層的耐磨性能略低于Ti6Al4V合金。恒溫氧化試驗結果表明：在空氣環境恒溫(800℃)氧化32小時后，Ti6Al4V合金發生嚴重氧化腐蝕，其氧化層主要為疏松多孔TiO2氧化物，氧化層較厚且與Ti6Al4V合金表面發生脫落。涂層N2氧化層主要為連續致密Al2O3、NiO和SiO2氧化物，氧化層較薄且與涂層緊密結合，表現優越抗氧化性能，約為Ti6Al4V合金的9倍。復合涂層N3的氧化層為致密A