TC4合金激光熔覆Co/Ti3SiC2复合涂层微结构与力学性能

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:MHSLOVE
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因为比模量高、耐腐蚀性能够好、比强度高、良好的生物相容性等特点,钛及钛合金在海洋、化工、航空航天医疗等方面有着广泛的应用。其中Ti6A14V合金被研究着更多,然而作为摩擦学试件时,硬度低,抗磨差等缺点限制了该类钛合金在这方面的使用。激光熔覆是一种常见的表面改性技术,Ti3SiC2是MAX相陶瓷固体润滑材料中典型的代表,其因本身的不同于其他润滑剂的独特的三元层状结构和优异的自润滑性能得到了研究者广泛的关注。而目前在Ti6A14V表面上熔覆Co的金属基Ti3SiC2复合涂层的研究较少,而且其在中高温下的摩擦学性能未有过分析。鉴于此,本论文研究先采用四种不同粉末体系(wt%)纯Co(N1)、Co+2%Ti3SiC2(N2)、Co+5%Ti3SiC2(N3)、Co+8%Ti3SiC2(N4)为原料,用激光熔覆技术在Ti6A14V表面进行多道搭接熔覆成功制得自润滑复合涂层,利用HX-1000TM/LCD式数显显微镜硬度计进行涂层的硬度测试,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等表征手段分析涂层组织结构、物相组成,HT-1000型号的球盘式高温摩擦磨损试验机被用来测试基体和涂层摩擦系数,辅助以探针式磨痕测量仪器对基体和涂层磨损后的体积磨损量进行测量,并且依旧采用XRD、SEM、EDS分析涂层的摩擦磨损机理。同时也熔覆了另外的粉末体系:Co+5%Ti3SiC2+10%Cu(N5)、Co+5%Ti3SiC2+10%Cu(N6),并且与Co+5%Ti3SiC2(N3)涂层进行参照对比。同样分析它们的组织、物相及摩擦学性能和磨损机理。结果显示:N1涂层的主要物相为γ-Co固溶体,CoTi,CoTi2金属间化合物,N2,N3,N4涂层的主要物相为γ-Co固溶体,CoTi,CoTi2,以及TiC,Ti5Si3等硬质相,残留Ti3SiC2陶瓷相和Co2Ti4O新生硬质陶瓷相。N1,N2,N3,N4 的显微硬度值分别为 676.86HV0.5,712.01 HV0.5,811.39 HV0.5,753.58HV0.5。涂层硬度值随着Ti3SiC2添加量的增加呈现出先增加后减少的趋势。添加了金属铜粉之后,还发现有Co0.52Cu0.48,铜钛金属间化合物Cu3Ti、Ti2Cu3、CuTi、铜钛铝间化合物Ti(Cu,Al)2,固溶体(Cu,Si),碳化物SiC以及未反应残留的Cu金属等。N5,N6涂层的平均显微硬度608.75HV0.5,710.51HV0.5。当温度为25℃时,Ti6A14V合金、N1纯Co复合涂层、N2、N3、N4涂层的摩擦系数分别为:0.5、0.5、0.58、0.55、0.43;基体和纯Co涂层的磨损机理主要表现为:磨粒磨损、塑性变形;N2、N3、N4磨损机理主要为磨粒磨损、塑性变形、硬质相脱落。试验温度为300℃下,各涂层摩擦系数相对于同种条件下基体的摩擦系数有所降低。在300℃下的磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损、塑性变形、氧化磨损;N3、N4则表现为塑性变形、分层、氧化磨损。600℃时,基体、N1、N2、N3、N4涂层的摩擦系数值分别为0.46、0.56、0.41、0.48和0.62。基体在600℃呈现出塑性变形、氧化磨损的磨损机理;而Co/Ti3SiC2涂层则表现出硬质相脱落、粘着磨损和氧化磨损。N5、N6涂层在25℃下摩擦系数平均值分别为0.14、0.20,相比于N3对照涂层有很大程度的降低,且N5,N6涂层耐磨性显著提高。N5,N6含铜复合涂层在300℃下的摩擦系数均值分别为0.347、0.258;铜粉的加入使得N5、N6涂层的减摩效果更优。在300℃下N5涂层表现为:粘着磨损、氧化磨损以及氧化膜剥落;N6涂层为:塑性变形,氧化磨损。N5涂层在600℃情况下磨损机理主要表现在:轻微磨粒磨损,塑性变形、氧化磨损;N6涂层则展示出粘着磨损、轻微磨粒磨损和氧化磨损的磨损机制。
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