华南理工大学学报(自然科学版)

作者：郑立娟, 胡紫涛, 刘绍峰, 等

单位：燕山大学 机械工程学院，河北 秦皇岛 066004

关键词：TC4钛合金,激光熔覆,金属陶瓷涂层,显微硬度

基金：河北省自然科学基金资助项目(E2021203218)

为解决TC4钛合金硬度低、耐磨性差等缺点，利用激光熔覆技术，采用4 kW大功率Laser4000半导体激光器，在TC4表面制备了以HfC、TaC和ZrC等比例三元陶瓷相（比例分别为0%、5%、10%、15%）为增强相的钛基硬质涂层。熔覆结束后对熔覆件进行切割、打磨、抛光和腐蚀制备金相试样，利用电子显微镜（EM）、扫描电镜（SEM）、EDS能谱仪、X射线衍射仪（XRD）等试验手段对不同材料组分的熔覆涂层进行了宏观形貌、微观组织和性能的对比分析；利用TH120A里氏硬度计测熔覆层的宏观硬度值，利用Qness型号维氏显微硬度计分析熔覆试样截面微观硬度变化规律。研究结果表明：三元陶瓷相的添加，使熔覆层与基材形成了良好的冶金结合，并且基材与熔覆层有着明显的平滑的分界线；熔覆层主要由α+β针状马氏体基体及析出的棒状和块状α相组成，其中添加质量分数为15%的三元陶瓷增强相的涂层熔覆层由块状晶组成，且晶粒最为粗大，添加质量分数为5%和10%的三元陶瓷增强相的涂层，棒状和块状的α相尺寸明显变小，晶粒明显被细化，组织更加均匀致密；熔覆层柱状和块状α相的主要成分为Ti以及微量的Al、Zr、Hf和V元素，涂层的针状马氏体中含有较高的Al、Zr、Ta和V元素，在晶间的黑色β相中含有微量的Zr和Ta元素。测试发现，Hf、Ta元素通常存在于不同的物相中；激光熔覆后的试件的硬度都有所提高，当三元陶瓷添加量的质量分数为10%时，熔覆层晶粒最为细小，分布均匀，硬度最高，达到715 HV，是TC4基材的2.31倍。

来源：2023年第6期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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