钛合金表面激光熔覆钴基复合涂层改性研究

摘要

钛合金作为优秀的航空航天材料，一直因较低的硬度与较差的耐磨性等限制了自身的应用。近年来，激光熔覆技术作为表面改性领域的研究热点之一，可以为该问题的解决提供极具前景的途径。同时，高温强度较好的钴基合金是航空工业中的优异材料，虽常被用于激光熔覆，目前在钛合金表面熔覆改性的应用却较少。因此，本文在TA15耐热钛合金表面激光熔覆制备钴基复合涂层，以获得高的硬度与好的耐磨性。
　　本文选用的熔覆材料分别为加入少量Ti粉的KF-Co50、Cr含量较多的钴基粉末与外加Si3N4的Stellite6合金粉末。利用横流CO2激光器于TA15钛合金表面进行单道和初步的多道搭接激光熔覆试验，制备具多种颗粒增强相的钴基复合涂层。利用金相、XRD、EPMA、SEM及其能谱仪等方法对各熔覆层的组织进行研究;利用DHV-1000型数显维氏硬度计测量各熔覆层的显微硬度;利用UMT-2多功能磨损试验仪对各熔覆层与基体进行摩擦磨损试验。
　　激光熔覆成分优化的KF-Co50复合涂层试验的结果表明:熔覆层同基体之间形成良好冶金结合，并且组织细小;熔覆层主要由γ-Co和少量α-Ti固溶体上均匀分布着原位自生的TiB2、Cr5Si3、TiC、WB和Co3Ti等增强相构成;内部主要的显微形貌是细小树枝晶间弥散分布有多种颗粒增强相;熔覆层的显微硬度值及耐磨性较基体均有显著提高，其平均硬度值约为基体的3倍，磨损率约为基体的1/12，熔覆层与基体的磨损机理均主要为磨粒磨损伴有粘着磨损特征。
　　激光熔覆原位自生硼铬化合物的钴基复合涂层试验的结果表明:熔覆层中原位自生的增强相CrB、CrB2、TiC、TiB2、Cr7C3及WB等主要分布于γ-Co和少量α-Ti基体上;熔覆层下部析出的针条状组织为CrB及CrB2，并随Cr含量增加，这种针条状组织也更加密集粗大;熔覆层的显微硬度与耐磨性同时得到明显的改善，其平均硬度值约为钛合金基体的3倍，耐磨性最高约为基体的36倍;熔覆材料中Cr添加量应适当。
　　激光熔覆添加少量氮化硅的钴基复合涂层试验的结果表明:熔覆层组织主要为γ-Co和少量α-Ti上弥散分布着TiC、Ti(C，N)、Co3Ti、NiC、Cr5Si3、β-Si3N4等反应生成相;熔覆层的平均硬度值约为基体的3倍，其最高耐磨性约为基体的38倍;氮化硅的添加量应适当，若过多反而增大熔覆层的开裂倾向。还研究了多道搭接的激光熔覆实验。