【摘 要】
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钛合金密度低、比重小,无磁可焊、比强度高、耐腐蚀,相比镁合金和铝合金具有更优异的高温性能,被广泛应用于航天航空、船舶、石油和军工等领域。但其硬度较低、耐磨性较差,相较于Ni基等高温合金抗高温性能较差,限制了其在高温部件的应用。与钛合金相比,TiAl合金具有很好的高温性能、密度低、弹性模量和比强度高,且与钛合金有很好的冶金结合性能,可作为高温服役条件下钛合金零件的表面防护涂层。本文采用商用的Ti48
【基金项目】
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国家自然科学基金； 贵州省科学计划项目；
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钛合金密度低、比重小,无磁可焊、比强度高、耐腐蚀,相比镁合金和铝合金具有更优异的高温性能,被广泛应用于航天航空、船舶、石油和军工等领域。但其硬度较低、耐磨性较差,相较于Ni基等高温合金抗高温性能较差,限制了其在高温部件的应用。与钛合金相比,TiAl合金具有很好的高温性能、密度低、弹性模量和比强度高,且与钛合金有很好的冶金结合性能,可作为高温服役条件下钛合金零件的表面防护涂层。本文采用商用的Ti4822粉末,通过激光熔覆的方法,在TC4合金表面制备TiAl合金防护涂层,从而达到改善TC4合金表面性能的目的。探索激光功率和扫描速度对涂层质量的影响,利用扫描电子显微镜、EDS能谱仪、XRD射线衍射、硬度测试、循环氧化实验和摩擦磨损实验,分析涂层物相分布、硬度分布、抗高温循环氧化性能和摩擦磨损性能。论文主要研究内容及结论如下:（1）本实验条件下,激光功率为2300W,扫描速度为4mm/s,搭接率为50%时可获得较好的涂层表面质量,涂层与基体属于冶金结合,没有裂纹和孔洞,激光功率过大或扫描速度过慢均会造成涂层表面粗糙。涂层主要为双态组织和近片层组织构成,搭接涂层的组织分布较为均匀。单道涂层的平均硬度超过470HV,是基体的1.44倍,搭接涂层在搭接脊线附近硬度超过490HV,在脊线之间硬度为470HV。（2）TC4基体在600℃以上氧化会生成明显氧化层,氧化过程存在中间产物Ti6O和Ti3O,800℃以上氧化产物主要为Ti O2,且由于其不致密易剥落,导致基体会持续氧化。而TiAl涂层在600℃下会发生少量局部性氧化;而在800℃-900℃之间涂层表面会生成明显氧化层,但在循环氧化50h后涂层其表面氧化皮较薄且为发生破裂剥落,在1000℃时氧化膜会从边缘破裂剥落从而失去保护作用;涂层氧化产物主要为Ti O2和Al2O3,会形成外层主要为Ti O2、中层主要为Al2O3、内层为Ti O2和Al2O3混合层的氧化膜,起到抗氧化保护作用的主要为Al2O3层。（3）对比分析不同温度下TiAl涂层和TC4基体的摩擦磨损性能,在200℃以下是试样表面直接与摩擦配副之间的磨损,且涂层的抗摩擦磨损性能优于基体。在400℃下TC4基体逐渐转变为氧化层与配副之间的磨损,而TiAl涂层需要在600℃以上才能逐渐转变为氧化层与配副之间的磨损,在400℃-600℃之间TC4基体抗摩擦磨损性能优于TiAl涂层。在800℃下TiAl涂层和TC4基体均转变为氧化层与配副之间的磨损,TiAl涂层的磨损性能优于TC4基体。高温下载荷越大涂层磨损表面就越粗糙,摩擦系数就越大,载荷超过10N磨损率随载荷增大而增大。高温下转速较低时磨损表面较粗糙,在100r/min以下转速越大磨损率和摩擦系数越小,当转速为200r/min摩擦生热材料进一步软化,切削作用加强,导致磨损率和摩擦系数上升。
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