【摘要】：以Ti、Si單質(zhì)元素混合粉末為原料,采用激光合金化技術(shù)在鈦合金表面成功制備出了Ti-Si合金涂層。分析了涂層的組織形貌、成分和物相組成,測試了涂層的顯微硬度及與YG6在干摩擦磨損條件下的摩擦磨損性能。結(jié)果表明:在合適的激光合金化參數(shù)下制備的Ti-Si涂層整體均勻致密,無裂紋且與TC4基體呈良好的冶金結(jié)合;涂層組織主要由針狀的α-Ti基體和網(wǎng)狀分布的Ti_5Si_3/β-Ti共晶體(室溫下為Ti_5Si_3/α-Ti)組成;自下而上涂層組織細化,硬度HV在6600~7300 MPa之間,與TC4鈦合金相比,平均摩擦系數(shù)降低(0.39 vs 0.45),耐磨性提高2.4倍。
【圖文】：

。對其衍射峰標定可知，涂層主要由α-Ti和Ti5Si3相組成。其形成過程分析如下：熔池中金屬液在冷卻凝固過程中生成β-Ti，剩余的金屬液在共晶線處發(fā)生共晶反應(yīng)，生成Ti5Si3/β-Ti共晶體，隨著溫度的進一步下降，大量的β-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Ti，分布于共晶體周邊，此處反應(yīng)類型為β-Ti+Ti5Si3Ti3Si[14]，且Ti和Si反應(yīng)的吉布斯自由能為很大的負值，從熱力學(xué)講，也容易生成Ti5Si3相[15]，故其產(chǎn)物是Ti5Si3/β-Ti的共晶組織（室溫下為Ti5Si3/α-Ti）。2.2涂層組織圖2是涂層橫截面OM形貌。可以看出，涂層整體均勻致密、無裂紋、有微量氣孔，氣孔為15~35μm，這可能是由于空氣進入熔池中導(dǎo)致的；涂層與基體之間存在一條分界線，其上部為涂層，，下部為TC4基體，涂層與基體呈良好的冶金結(jié)合。圖3為涂層橫截面組織的SEM照片，其中圖3a、3b分別取自涂層的上部和下部�？梢钥闯觯繉由�、圖1涂層合金區(qū)圖譜Fig.1XRDpatternofthelaseralloyzone圖2涂層橫截面形貌Fig.2OMmorphologyofthecoatingcrosssection圖3涂層組織SEM形貌Fig.3SEMmorphologiesofthelaseralloyzone:(a)theupperand(b)thelower下部生成了相同的組織，主要為黑色基體和分布于基體上的白色網(wǎng)狀物相。自下而上涂層組織越細化，這主要是由于上部冷卻速度快導(dǎo)致的。對圖3涂層中黑色基體和白色相域混合物進行成分分析，其結(jié)果如表2所示。涂層中黑色基體（區(qū)域1）組成元素為Ti，同時還分布著少量的Al、V、Si等元素，且其主要形態(tài)為針狀組織，推斷其為含有Al、V、Si等元素的飽和針狀α-Ti固溶體。而白色網(wǎng)狀混合物（區(qū)域2）主要含有Ti、Si等元素，結(jié)合XRD分析結(jié)果可以推斷其為Ti5Si3/β-Ti共晶組織（室溫下

大量的β-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Ti，分布于共晶體周邊，此處反應(yīng)類型為β-Ti+Ti5Si3Ti3Si[14]，且Ti和Si反應(yīng)的吉布斯自由能為很大的負值，從熱力學(xué)講，也容易生成Ti5Si3相[15]，故其產(chǎn)物是Ti5Si3/β-Ti的共晶組織（室溫下為Ti5Si3/α-Ti）。2.2涂層組織圖2是涂層橫截面OM形貌。可以看出，涂層整體均勻致密、無裂紋、有微量氣孔，氣孔為15~35μm，這可能是由于空氣進入熔池中導(dǎo)致的；涂層與基體之間存在一條分界線，其上部為涂層，下部為TC4基體，涂層與基體呈良好的冶金結(jié)合。圖3為涂層橫截面組織的SEM照片，其中圖3a、3b分別取自涂層的上部和下部�？梢钥闯�，涂層上、圖1涂層合金區(qū)圖譜Fig.1XRDpatternofthelaseralloyzone圖2涂層橫截面形貌Fig.2OMmorphologyofthecoatingcrosssection圖3涂層組織SEM形貌Fig.3SEMmorphologiesofthelaseralloyzone:(a)theupperand(b)thelower下部生成了相同的組織，主要為黑色基體和分布于基體上的白色網(wǎng)狀物相。自下而上涂層組織越細化，這主要是由于上部冷卻速度快導(dǎo)致的。對圖3涂層中黑色基體和白色相域混合物進行成分分析，其結(jié)果如表2所示。涂層中黑色基體（區(qū)域1）組成元素為Ti，同時還分布著少量的Al、V、Si等元素，且其主要形態(tài)為針狀組織，推斷其為含有Al、V、Si等元素的飽和針狀α-Ti固溶體。而白色網(wǎng)狀混合物（區(qū)域2）主要含有Ti、Si等元素，結(jié)合XRD分析結(jié)果可以推斷其為Ti5Si3/β-Ti共晶組織（室溫下為Ti5Si3/α-Ti）。圖4是涂層橫截面過渡區(qū)與基體交界處的SEM形貌照片�？梢钥闯觯^渡區(qū)組織與涂層其他部分的組250μm12ab203040506070809010011012002004006008001000△△△△△△△△△
【作者單位】： 江蘇大學(xué);
【基金】：江蘇大學(xué)拔尖人才基金(1211110001) 江蘇省優(yōu)勢學(xué)科資助基金
【分類號】：TG174.4

【參考文獻】

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本文編號：2523312