TC4钛合金表面激光合金化制备Ti-Si涂层

发布时间：2019-08-05 20:15

【摘要】：以Ti、Si单质元素混合粉末为原料,采用激光合金化技术在钛合金表面成功制备出了Ti-Si合金涂层。分析了涂层的组织形貌、成分和物相组成,测试了涂层的显微硬度及与YG6在干摩擦磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在合适的激光合金化参数下制备的Ti-Si涂层整体均匀致密,无裂纹且与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由针状的α-Ti基体和网状分布的Ti_5Si_3/β-Ti共晶体(室温下为Ti_5Si_3/α-Ti)组成;自下而上涂层组织细化,硬度HV在6600~7300 MPa之间,与TC4钛合金相比,平均摩擦系数降低(0.39 vs 0.45),耐磨性提高2.4倍。
【图文】：

,TC4钛合金表面激光合金化制备Ti-Si涂层,吴桂兰;许晓静;戈晓岚;陶俊;刘庆辉;仲奕颖;何星华;《稀有金属材料与工程》;2017年07期;,

。对其衍射峰标定可知，涂层主要由α-Ti和Ti5Si3相组成。其形成过程分析如下：熔池中金属液在冷却凝固过程中生成β-Ti，剩余的金属液在共晶线处发生共晶反应，生成Ti5Si3/β-Ti共晶体，随着温度的进一步下降，大量的β-Ti转变为α-Ti，分布于共晶体周边，此处反应类型为β-Ti+Ti5Si3Ti3Si[14]，且Ti和Si反应的吉布斯自由能为很大的负值，从热力学讲，也容易生成Ti5Si3相[15]，故其产物是Ti5Si3/β-Ti的共晶组织（室温下为Ti5Si3/α-Ti）。2.2涂层组织图2是涂层横截面OM形貌。可以看出，涂层整体均匀致密、无裂纹、有微量气孔，气孔为15~35μm，这可能是由于空气进入熔池中导致的；涂层与基体之间存在一条分界线，其上部为涂层，，下部为TC4基体，涂层与基体呈良好的冶金结合。图3为涂层横截面组织的SEM照片，其中图3a、3b分别取自涂层的上部和下部。可以看出，涂层上、图1涂层合金区图谱Fig.1XRDpatternofthelaseralloyzone图2涂层横截面形貌Fig.2OMmorphologyofthecoatingcrosssection图3涂层组织SEM形貌Fig.3SEMmorphologiesofthelaseralloyzone:(a)theupperand(b)thelower下部生成了相同的组织，主要为黑色基体和分布于基体上的白色网状物相。自下而上涂层组织越细化，这主要是由于上部冷却速度快导致的。对图3涂层中黑色基体和白色相域混合物进行成分分析，其结果如表2所示。涂层中黑色基体（区域1）组成元素为Ti，同时还分布着少量的Al、V、Si等元素，且其主要形态为针状组织，推断其为含有Al、V、Si等元素的饱和针状α-Ti固溶体。而白色网状混合物（区域2）主要含有Ti、Si等元素，结合XRD分析结果可以推断其为Ti5Si3/β-Ti共晶组织（室温下

,TC4钛合金表面激光合金化制备Ti-Si涂层,吴桂兰;许晓静;戈晓岚;陶俊;刘庆辉;仲奕颖;何星华;《稀有金属材料与工程》;2017年07期;,

大量的β-Ti转变为α-Ti，分布于共晶体周边，此处反应类型为β-Ti+Ti5Si3Ti3Si[14]，且Ti和Si反应的吉布斯自由能为很大的负值，从热力学讲，也容易生成Ti5Si3相[15]，故其产物是Ti5Si3/β-Ti的共晶组织（室温下为Ti5Si3/α-Ti）。2.2涂层组织图2是涂层横截面OM形貌。可以看出，涂层整体均匀致密、无裂纹、有微量气孔，气孔为15~35μm，这可能是由于空气进入熔池中导致的；涂层与基体之间存在一条分界线，其上部为涂层，下部为TC4基体，涂层与基体呈良好的冶金结合。图3为涂层横截面组织的SEM照片，其中图3a、3b分别取自涂层的上部和下部。可以看出，涂层上、图1涂层合金区图谱Fig.1XRDpatternofthelaseralloyzone图2涂层横截面形貌Fig.2OMmorphologyofthecoatingcrosssection图3涂层组织SEM形貌Fig.3SEMmorphologiesofthelaseralloyzone:(a)theupperand(b)thelower下部生成了相同的组织，主要为黑色基体和分布于基体上的白色网状物相。自下而上涂层组织越细化，这主要是由于上部冷却速度快导致的。对图3涂层中黑色基体和白色相域混合物进行成分分析，其结果如表2所示。涂层中黑色基体（区域1）组成元素为Ti，同时还分布着少量的Al、V、Si等元素，且其主要形态为针状组织，推断其为含有Al、V、Si等元素的饱和针状α-Ti固溶体。而白色网状混合物（区域2）主要含有Ti、Si等元素，结合XRD分析结果可以推断其为Ti5Si3/β-Ti共晶组织（室温下为Ti5Si3/α-Ti）。图4是涂层横截面过渡区与基体交界处的SEM形貌照片。可以看出，过渡区组织与涂层其他部分的组250μm12ab203040506070809010011012002004006008001000△△△△△△△△△
【作者单位】：江苏大学;
【基金】：江苏大学拔尖人才基金(1211110001) 江苏省优势学科资助基金
【分类号】：TG174.4

【参考文献】