钛合金表面激光熔覆Ti/Ni+Si_3N_4/ZrO_2复合涂层组织与性能研究

摘要

目的提高TA15合金的表面硬度,改善其耐磨性能。方法以Ti/Ni＋Si3N4/ZrO2混合粉末为原料,利用激光熔覆技术,在TA15钛合金表面制备出以ZrO2颗粒和原位生成Ti5Si3、TiN为增强相,以金属化合物TiNi、Ti2Ni为基体的复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行评估。结果熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层组织中TiNi和Ti2Ni金属化合物基体上弥散分布着Ti5Si3、TiN树枝晶和ZrO2颗粒;与不含ZrO2熔覆层相比,含有ZrO2熔覆层组织的晶粒得到细化;熔覆层中原位生成的TiN桥接在裂纹上,具有增韧的作用;熔覆层的显微硬度分布在835-1050HV区间内,约为基体硬度的3倍左右;在干滑动摩擦磨损下,熔覆层的磨损量约为钛合金基体磨损量的1/6,其主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损。结论熔覆层中高硬度、耐磨陶瓷相和高韧性相的共同配合,显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性。