TiAl合金激光熔覆耐磨自润滑复合材料涂层组织与性能研究

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γ-TiAl合金具有密度低、比强度和比刚度高、高温蠕变及高温疲劳性能好等突出优点,被看作是未来航空航天等领域中最有前途的新型轻质高温结构候选材料之一。随着TiAl合金室温脆性及高温抗氧化性能的逐步改善,耐磨性能不足成为其投入实际应用、特别是作为摩擦运动副零部件应用的主要障碍;此外上述摩擦运动副零部件由于在高温环境下工作时无法实现外加润滑,要求其必须具有良好的高温自涧滑性能。采用先进的表面工程手段在TiAl合金表面制备具有优良耐磨自润滑性能的复合材料涂层,是解决上述问题的有效方法之一。本文采用激光熔覆技术在Ti-44.5Al-0.9Cr-1.1V-2.2Nb合金表面上,分别以NiCr-Cr3C2和NiCr-Cr3C2+40%(wt.%)CaF2混合粉末为原料,制备出了以γ-NiCrAlTi镍基固溶体为基体,分别以Cr7C3、TiC等硬质耐磨相为增强相,厚度达0.4~0.6mm、组织致密均匀、与TiAl基体间为完全冶金结合的复合材料涂层,但由于热分解以及烧蚀等原因,涂层中CaF2自润滑相非常少,自润滑效果不明显;为了使自润滑相CaF2与基体合金以及其它预涂合金具有良好的润湿性,防止自润滑相CaF2在高能量激光辐照下发生热分解和蒸发,对自润滑相CaF2进行Ni-P化学镀粉末包覆(以下全文统一简称为包覆),然后以NiCr-Cr3C2+40%(wt.%)CaF2(包覆)混合合金粉末为原料,对TiAl合金基材进行激光熔覆处理,结果表明,所获激光熔覆耐磨自润滑复合材料涂层,其显微组织由初生块状Cr7C3以及γ/Cr7C3共晶、大量树枝状TiC和一定量球状CaF2组成,该涂层中各相分布均匀,涂层硬度大幅度提高,平均显微硬度约是原始基材平均显微硬度的2.5倍。上述三种激光熔覆耐磨复合材料涂层相对于原始基材均具有较好的室温滑动磨损耐磨性,但预涂NiCr-Cr3C2+40%(wt.%)CaF2(包覆)合金粉末激光熔覆涂层在干滑动磨损条件下磨损失重是最少的,耐磨性大幅度提高,其平均摩擦系数显著降低。通过化学镀包覆的方法,使得CaF2的自润滑性能得到有效发挥,大大提高了涂层的耐磨性能,同时也证明了自润滑相CaF2室温磨损条件下也同样能产生显著的自润滑作用。
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