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金属基复合材料既具有金属材料的良好强韧性,又具有陶瓷材料的高硬度、高耐磨性。采用原位合成法制备的金属基复合涂层热力学稳定,界面洁净,分布均匀,与基体结合良好。本文采用氩弧熔覆(GTAW)技术,以BN粉和Ni60粉为原料在TC4合金表面原位合成TiB2-TiN增强钛基复合涂层。通过对不同配比的涂层微观组织和性能的对比分析,选择出了适宜的氩弧熔覆工艺参数。利用带有能谱仪的扫描电镜和X射线衍射仪分析了复合涂层的显微组织、化学成分及相组成,观察分析了TC4合金和涂层的磨损表面形貌及磨屑形貌,探讨了TiB2-TiN颗粒形成机制。利用显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了复合涂层的显微硬度和摩擦磨损性能,阐述了TC4合金和复合涂层的磨损机制。
实验结果表明,通过熔覆材料成分设计和优化熔覆工艺参数,可获得表面质量良好,组织均匀且与基底实现冶金结合的复合涂层。
复合涂层的显微组织沿层深方向可分为熔覆区、结合区和热影响区三个区域。其显微组织由长棒状TiB2、颗粒状TiN及a-Ti(Ni,Al)固溶体组成。
复合涂层的显微硬度由表及里呈下降阶梯状分布,S1试样(40wt％BN+60wt％Ni60A)复合涂层显微硬度最高为HV1200左右。摩擦系数在0.47～0.55之间,TC4合金的磨损机制主要是磨粒磨损和粘着磨损,复合涂层的磨损机制为显微切削磨损和粘着磨损。