【摘 要】
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Ti-6Al-4V（TC4）钛合金具有高比强度、优良的中低温性能和低密度等优点,是航空发动机叶片、压气机盘、机匣和结构件的重要选材之一。然而钛合金硬度低,摩擦磨损性能差,限制其在摩擦环境下的服役寿命。为改善钛合金表面的硬度和摩擦磨损性能,运用激光熔覆技术,在TC4合金表面熔覆TC4、Ni60、Cu和Y2O3混合粉末,制备含铜钛基熔覆层。运用XRD、SEM、EDS、TEM、EPMA、显微硬度计和摩擦
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Ti-6Al-4V（TC4）钛合金具有高比强度、优良的中低温性能和低密度等优点,是航空发动机叶片、压气机盘、机匣和结构件的重要选材之一。然而钛合金硬度低,摩擦磨损性能差,限制其在摩擦环境下的服役寿命。为改善钛合金表面的硬度和摩擦磨损性能,运用激光熔覆技术,在TC4合金表面熔覆TC4、Ni60、Cu和Y2O3混合粉末,制备含铜钛基熔覆层。运用XRD、SEM、EDS、TEM、EPMA、显微硬度计和摩擦磨损实验机分析了Cu添加量和2wt.%Y2O3对熔覆层成形质量、微观组织、元素分布、硬度和摩擦学性能的影响。本文的主要研究结果有:（1）熔覆层成形质量。随着激光功率和Cu添加量增加,熔覆层裂纹和气孔减少,稀释率增大。Cu和Y2O3有效抑制了裂纹和气孔缺陷生成,激光功率为1100 W时,添加5wt%Cu的熔覆层裂纹和气孔缺陷较少,添加2wt%Y2O3的熔覆层无明显裂纹和气孔缺陷;（2）Cu对熔覆层组织与力学性能的影响。熔覆层析出相主要为TiCx、TiB、Ti2Ni和基底α-Ti,以及分布于Ti2Ni中的纳米相Ti3Cu和Ti（AlCu）2。随着Cu添加量增加,熔覆层Ti2Ni、TiCx和TiB均被显著细化,熔覆层中复合结构相TiB依附于TiCx生长,Ti2Ni依附于TiCx和TiB生长。添加0wt.%Cu、5wt.%Cu和10wt.%Cu熔覆层的显微硬度值分别为813.4 HV0.5、733.1 HV0.5和674.7 HV0.5,磨损率分别为3.19×10-4 mm~3/（N·m）、3.89×10-4 mm~3/（N·m）和4.08×10-4 mm~3/（N·m）。含5wt.%Cu熔覆层的磨损表面较为平整;（3）Y2O3对熔覆层组织与力学性能的影响。添加2wt.%Y2O3熔覆层析出相主要为TiCx、TiB、Ti2Ni和基底α-Ti。随着Y2O3添加,熔覆层中组织细化显著,分布均匀弥散,生成了Y2O3-TiCx和Y2O3-Ti2Ni复合结构相。与未添加Y2O3对比,添加Y2O3熔覆层显微硬度由733.1 HV0.5降低至634.8 HV0.5,磨损率由3.83×10-4 mm~3/（N·m）降低至3.49×10-4 mm~3/（N·m）,磨损表面光滑平整。
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