激光原位制备多元颗粒增强钛基复合涂层的组织及性能研究

迟一鸣, 余璐涛, 钱大虎, 王建刚, 韩伯群, 姚建华

表面技术 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (5) : 154-166.

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表面技术 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (5) : 154-166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.05.012
激光表面改性技术

激光原位制备多元颗粒增强钛基复合涂层的组织及性能研究

  • 迟一鸣1, 余璐涛1, 钱大虎1, 姚建华1, 王建刚2, 韩伯群3
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Microstructure and Properties of Laser In-situ Synthesized Multiple Particles Reinforced Titanium Matrix Composite Coating

  • CHI Yiming1, YU Lutao1, QIAN Dahu1, YAO Jianhua1, WANG Jiangang2, HAN Boqun3
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摘要

目的 针对钛合金硬度低、耐磨性差的问题,在钛合金表面制备钛基复合涂层,以扩展它在高负载耐磨环境下的应用。方法 采用激光合金化工艺在钛合金表面原位制备多元颗粒增强钛基复合涂层,研究不同质量分数的B4C与Ni基合金粉末混合后制备的涂层的物相组成、微观组织和耐磨性能。结果 当B4C的质量分数为0时,涂层主要由网状Ni-Ti金属间化合物和β-Ti基底组成,加入B4C后的涂层中原位生成了TiB2、TiB、TiC等多元陶瓷颗粒,且随着B4C含量的增加,原位生成的陶瓷强化相含量显著增加。涂层内出现了板条状组织和块状组织,颗粒状第二相数量明显增加。当B4C的质量分数由0增加到20%时,涂层的显微硬度逐渐提高,涂层的平均显微硬度最高提升至1 006.7HV0.3,约为基体的2.65倍,涂层的耐磨性能随着B4C含量的增加呈先提高后下降的趋势。当B4C的质量分数为15%时,涂层的耐磨性能最佳,相较于基体提高了约6.3倍。结论 原位生成的棒状TiB2为颗粒状TiC提供了有效的异质形核核心,熔池中多元TiB2、TiC可相互依附、相间生长,最终形成颗粒-棒状、颗粒-板条状或颗粒-块状的复合组织,进一步提高了涂层的显微硬度和耐磨性能。

Abstract

Considering the low hardness and poor wear resistance of titanium alloy, a laser surface alloying process was employed to prepare multi-particle reinforced titanium matrix composite coatings on the surface of TC4, by adding different contents of B4C powder to Ni-based alloy powder. Comparative analyses were conducted on the microstructure, phase composition, and wear resistance of these coatings. The formation mechanism of in-situ TiC-TiB2 composite structures was also discussed.

关键词

激光合金化;原位自生;多元颗粒;TiC-TiB2复合组织;耐磨性能

Key words

laser alloying; in-situ synthesis; multiple particle; TiC-TiB2 composite structures; wear-resistant

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迟一鸣, 余璐涛, 钱大虎, 王建刚, 韩伯群, 姚建华. 激光原位制备多元颗粒增强钛基复合涂层的组织及性能研究[J]. 表面技术. 2025, 54(5): 154-166
CHI Yiming, YU Lutao, QIAN Dahu, WANG Jiangang, HAN Boqun, YAO Jianhua. Microstructure and Properties of Laser In-situ Synthesized Multiple Particles Reinforced Titanium Matrix Composite Coating[J]. Surface Technology. 2025, 54(5): 154-166

基金

国家自然科学基金(52205221);浙江省自然科学基金(LY24E050008);浙江省属高校基本科研业务费项目(RF-A2023008);中国博士后科学基金(2023M741445)

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