【摘 要】
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钛合金具有诸多特殊且优异的性能,在航天制造、生物医学等重要领域取得较大的科研进展及推广应用,然而其硬度低、耐磨性差等缺点限制其在极端条件下的服役情况。高熵合金具有高熵效应使得合金结构多以简单固溶体结构存在,特殊的结构使其具有特殊的物理化学性能和综合力学性能。本文在钛合金TC21基体表面,借助激光熔覆技术制备Ti0.8Co Cr Fe Ni系高熵合金熔覆层,为表面改性的科研探索提供更多的研究方向。本
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钛合金具有诸多特殊且优异的性能,在航天制造、生物医学等重要领域取得较大的科研进展及推广应用,然而其硬度低、耐磨性差等缺点限制其在极端条件下的服役情况。高熵合金具有高熵效应使得合金结构多以简单固溶体结构存在,特殊的结构使其具有特殊的物理化学性能和综合力学性能。本文在钛合金TC21基体表面,借助激光熔覆技术制备Ti0.8Co Cr Fe Ni系高熵合金熔覆层,为表面改性的科研探索提供更多的研究方向。本文利用不同成分比例的Ti、Co、Cr、Fe、Ni、Al、Ti N粉末为实验原材料,经过研磨形成的混合粉末作为激光熔覆粉末,在TC21钛合金表面借助激光熔覆技术制备Ti0.8CoCrFeNiAlx、Ti0.8CoCrFeNiAlx+xTiN高熵合金复合涂层,使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针检测等实验仪器分析熔覆层的组织结构和物相组成,然后利用显微维氏硬度计对试样熔覆层各区域的显微硬度进行测量,最后通过CFT-I型材料表面综合性能测试仪,对试样熔覆层的耐磨性能进行表征。探究激光工艺参数、Al元素含量对Ti0.8CoCrFeNiAlx高熵合金涂层组织结构与性能特点的影响,然后在此基础上添加陶瓷粉末Ti N,探究Ti N含量对Ti0.8CoCrFeNiAlx+xTiN高熵合金复合涂层组织性能的影响。激光工艺参数的改变对熔覆层作用的实验结果表明:扫描速度与激光功率使熔池中液态金属产生对流和扰动作用对熔覆层成形具有非常重要的作用,保持相同扫描速度,激光功率激增,熔覆层稀释率变化显著,呈上升趋势。对于熔覆层稀释率的作用方面,激光功率的因素占主导地位。当激光功率为1000w,扫描速度为6mm/s时,熔覆层没有明显的裂纹与孔洞,具有相对合适的稀释率,与基体呈现良好的冶金结合。Ti0.8CoCrFeNiAlx高熵合金涂层的实验结果表明:当Al元素摩尔比例高于0.5时,Al原子固溶到FCC1相固溶体间隙或与半径小的原子发生置换,使得FCC1相晶格发生畸变,FCC1相转变成FCC2相;当Al元素摩尔比例为0.5时,熔覆层显微硬度下降到最低且耐磨性较差,约为基体耐磨性的2.82倍;当Al元素摩尔比例达到1.0时,熔覆层显微硬度最高并且耐磨性相对最好,约为基体耐磨性的5.72倍。Ti0.8CoCrFeNiAlx+xTiN高熵合金复合涂层组的实验结果表明:添加Ti N后,熔覆层原位生成镶嵌在枝晶组织和枝晶间组织上的Ti N颗粒相。添加8%Ti N的熔覆层硬度最高,为未添加Ti N熔覆层硬度1.23倍。Ti N对熔覆层耐磨性的提高具有显著效果,当Ti N添加量为6%时,熔覆层耐磨性优异,约为未添加Ti N熔覆层的2.92倍,并且具有良好的综合力学性能。
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