TA2工业纯钛有着高比强度,耐蚀性,优越的生物相容性以及良好的加工性能,经常应用于一些要求成形性能较好的零件中,比如飞机的隔热内蒙皮、船舶的换热器、螺旋桨等,但是纯钛的低硬度和低耐磨性限制了其进一步的应用与发展。据此本实验以TA2作为基体,先在TA2钛基板上制备Ni-WC复合镀层,之后对预镀层进行电子束或激光熔覆处理,获得具有优异力学性能的熔覆层,为拓展钛合金领域应用提供技术及理论支持。试验主要研究内容有高能束流熔覆参数的优化,熔覆层微观组织分析以及熔覆层力学性能测分析。首先通过正交试验对电子束熔覆过程进行参数优化,进行方差分析时评价指标为熔覆层的硬度和厚度,求取的最优参数为加速电压60 k V,焊接束流12m A,扫描时间4 s,此时熔覆层硬度为938.04 HV0.1,厚度为196.52μm。之后对激光熔覆过程进行参数优化,通过分析熔覆层硬度随激光功率与扫描速度的变化趋势得出激光熔覆最优参数为激光功率216.89 W,扫描速度为3.5 mm/s,此时激光熔覆层硬度为830 HV0.1,厚度为140μm。其次对熔覆层微观组织进行观察与分析,使用电子束与激光对Ni-WC预镀层熔覆时,镀层中的Ni与基体中的Ti熔化形成Ti-Ni熔池,反应生成Ti2Ni/Ti Ni二元金属间化合物。由XRD结果可知,熔覆层中主要相为Ti2Ni,Ti Ni,WC和未反应的Ti。激光输入功率相对较低,基体的稀释率不足,导致熔覆层出现分层现象。Ti-Ni熔池底部含Ti量较高,Ti2Ni主要分布在熔覆层下部,且垂直于基体与熔覆层分界线生长,而Ti Ni均匀分布在熔覆层中。由TEM明场像可以看到部分Ti2Ni晶粒内部存在位错,起到了变形强化的作用。熔覆层中增强相WC陶瓷颗粒大小为500 nm左右,与其原始尺寸相似,在熔覆过程中基本未分解,且其密度大,均匀分布在熔覆层中下部。为了分析熔覆层力学性能改善机理,分别对基体、电子束与激光熔覆层进行了纳米压痕与耐磨性测试。首先使用纳米压痕仪进行了纳米硬度测量,电子束、激光熔覆层与TA2基体的纳米硬度分别为12 GPa,9.5 GPa与2.5 GPa。之后在摩擦磨损试验机上进行磨损试验,其中,电子束与激光熔覆层耐磨性分别是基体的27倍与15倍左右。熔覆层磨损轨迹主要表现为脱落与较浅的犁沟,磨损机理为磨粒磨损与粘着磨损。电子束力学性能改善效果优于激光,激光熔覆过程中能量输入低,基体中的Ti参加反应的较少,生成的硬质相Ti2Ni少。两种熔覆层与基体相比,硬度与耐磨性都有了一定程度的提升,主要是因为熔覆过程中生成的Ti2Ni与Ti Ni二元金属间化合物和添加的增强相WC硬质陶瓷颗粒共同作用的结果。