高溫處理對(duì)激光熔覆自潤(rùn)滑耐磨復(fù)合涂層影響的研究.pdf

1、鈦合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、韌性、比強(qiáng)度以及生物相容性而被廣泛地運(yùn)用于化工、航空以及生物領(lǐng)域。然而，鈦合金的表面硬度較低、耐磨性能較差等特點(diǎn)限制了其在許多工業(yè)領(lǐng)域的推廣運(yùn)用。在過(guò)去的三十年間，已有很多學(xué)者進(jìn)行了大量的意在提高鈦合金摩擦學(xué)性能的科學(xué)試驗(yàn)。先前所采用的思路基本是使用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子噴涂等表面工程技術(shù)來(lái)改善鈦合金的摩擦學(xué)性能。近些年，利用激光熔覆技術(shù)在鈦合金表面熔覆一層陶瓷增強(qiáng)相金屬基復(fù)合涂層被證明是一種既經(jīng)

2、濟(jì)又環(huán)保的工藝方法，激光熔覆技術(shù)可以改善材料表面性能，例如耐腐蝕性、耐氧化性和耐磨性等。
　　本文采用激光熔覆技術(shù)，分別以NiCr/Cr3C2+10％CaF2、Ni60和Ni60+10%h-BN三種不同的混合粉末體系為熔覆材料，以預(yù)涂粉末的方式在Ti6Al4V基體表面制備出了γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2、γ-Ni/TiC/TiB2和γ-Ni/TiC/TiB2+CrB+Ni3B/h-BN高溫自潤(rùn)滑耐磨復(fù)合涂層，為了研究這三

3、種熔覆涂層的高溫穩(wěn)定性，將所制備的熔覆涂層試樣置于600℃高溫環(huán)境下保溫處理不同時(shí)間，隨爐冷卻。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)、顯微硬度計(jì)以及HT-1000型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)經(jīng)過(guò)不同時(shí)間高溫處理后熔覆涂層的物相組成、顯微組織形貌、顯微硬度和摩擦磨損性能進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明：γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2熔覆涂層主要包括γ-NiCrAlTi固溶體、TiC硬質(zhì)相以及CaF2潤(rùn)

4、滑相，該熔覆涂層在600℃高溫環(huán)境下保溫24 h、48 h、96 h后并沒(méi)有發(fā)生相變；經(jīng)過(guò)96 h高溫處理后，該熔覆涂層平均顯微硬度由高溫處理前的約816 HV0.2降為約706 HV0.2，但是相對(duì)于Ti6Al4V基體(360 HV0.2)依然保持較高的硬度性能；γ-Ni/TiC/TiB2熔覆涂層主要包括γ-Ni固溶體和TiB2、TiC硬質(zhì)相，而γ-Ni/TiC/TiB2+CrB+Ni3B/h-BN熔覆涂層除了含有上述物相外，還包含有

5、CrB和Ni3B硼化物以及h-BN潤(rùn)滑相，將γ-Ni/TiC/TiB2和γ-Ni/TiC/TiB2+CrB+Ni3B/h-BN熔覆涂層分別置于600℃高溫環(huán)境下保溫10 h、30 h、50 h后沒(méi)有發(fā)生相變。高溫處理50 h后，兩種熔覆涂層的顯微硬度都有所下降，降為約750 HV0.2和910 HV0.2，但是相對(duì)于Ti6Al4V基體依然保持較高的硬度性能。
　　摩擦磨損試驗(yàn)表明：高溫處理前，γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2

6、熔覆涂層(摩擦系數(shù)約為0.31，磨損率約為24.78×10-6 mm3/Nm)相對(duì)于Ti6Al4V基體(摩擦系數(shù)約為0.39，磨損率約為114.08×10-6 mm3/Nm)具有較為優(yōu)異的耐磨減摩性能。隨著高溫處理時(shí)間的增大，該涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均有一定的波動(dòng)。經(jīng)高溫處理96 h后，該涂層的耐磨性能和減摩性能相對(duì)于高溫處理前均有略微下降，摩擦系數(shù)和磨損率分別增大至約0.36和約26.20×10-6 mm3/Nm，但是相對(duì)于Ti6Al

7、4V基體依然具有一定的減摩性能和較為優(yōu)異的耐磨性能。γ-Ni/TiC/TiB2+CrB+Ni3B/h-BN熔覆涂層高溫處理前具有優(yōu)異的耐磨減摩性能(摩擦系數(shù)約為0.225，磨損率約為4.85×10-6 mm3/Nm)，但是γ-Ni/TiC/TiB2只具有較為優(yōu)異的耐磨性能而不具有減摩性能(摩擦系數(shù)約為0.41，磨損率約為16.85×10-6 mm3/Nm)。在進(jìn)行高溫處理試驗(yàn)后可知：兩種熔覆涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均隨著高溫處理時(shí)間的增大

8、而增大，高溫處理50 h后，γ-Ni/TiC/TiB2和γ-Ni/TiC/TiB2+CrB+Ni3B/h-BN熔覆涂層的摩擦系數(shù)分別增大為0.45和0.375，磨損率分別增大為18.12×10-6 mm3/Nm和5.35×10-6 mm3/Nm，與Ti6Al4V基體的摩擦學(xué)性能對(duì)比可知，γ-Ni/TiC/TiB2和γ-Ni/TiC/TiB2+CrB+Ni3B/h-BN熔覆涂層經(jīng)過(guò)50 h高溫處理后依然保持優(yōu)異的耐磨性能，但是減摩性能均不