激光熔覆原位合成技术是一种以改善基体表面性能为目的的新型表面改性技术,利用高能密度激光束辐照添加在基体表面的熔覆材料,使熔覆材料与基体表面发生熔化,熔覆材料元素与基体元素在熔池中发生化学反应,在基体表面形成冶金结合的熔覆层。为了提高TC4钛合金的表面硬度、耐磨性能及控制熔覆涂层中的裂纹,本文采用激光熔覆原位合成技术,在TC4钛合金表面预涂高纯度Ni、Ti与B₄C粉末,原位合成TiC、TiB₂、TiB等陶瓷增强相和TiNi、Ti₂Ni等金属间化合物。通过对不同工艺参数下的熔覆层质量的对比分析,选出最佳的激光熔覆工艺参数。利用扫描电镜SEM、X’Pert PRO型X射线衍射仪XRD和能谱仪EDS等测试手段对熔覆层的显微组织和相成分进行分析,利用HMV-2TADWXY型自动式显微维氏硬度计、HT-600摩擦磨损机和CHI660E电化学工作站测试了熔覆层的显微硬度、耐磨性和耐蚀性。实验结果表明,激光熔覆原位合成的工艺参数直接影响激光熔覆涂层的质量。激光功率P=1.6-1.8kW,光斑尺寸为Φ4mm,预涂层厚度h=1mm,扫描速度V=4mm/s是最佳的激光熔覆工艺参数,并且在此激光熔覆工艺参数下,可获得内部组织连续均匀、无裂纹且与TC4钛合金基体冶金结合的激光熔覆涂层。从表层到基体,整个激光熔覆涂层由熔覆层、结合区及基体热影响区三个区域组成。由涂层内显微组织结果分析可知,在激光熔覆过程中,熔覆材料和基体中的Ti元素与预置涂层的Ni、C、B等元素发生化学反应,原位合成Ti-Ni金属间化合物和TiC、TiB₂、TiB等陶瓷增强相。TiC、TiB₂、TiB相是以树枝晶、枝晶和条状形式存在,Ti-Ni金属间化合物以网状结构存在。性能测试结果显示,TC4钛合金表面熔覆层的显微硬度相对TC4钛合金有了明显的提高,熔覆层显微硬度(680HV_0.3-892HV_0.3)比钛合金基材硬度(290HV_0.3-330HV_0.3)提高到2-4倍,涂层耐磨性比钛合金基材提高了1.7倍,涂层耐蚀性比钛合金基材提高了3倍,并且涂层的主要磨损形式是磨粒磨损,而基体的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损。