为了有效改善Ti811合金表面硬度及耐磨性能,利用同轴送粉法在Ti811表面制备了激光熔覆复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、场发射电子探针显微镜(EPMA)、维氏硬度计及摩擦磨损试验机,系统地分析并研究了涂层的物相组成、微观组织、元素分布、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明:涂层生成相主要包括α-Ti固溶体、陶瓷增强相TiB₂和TiC及金属间化合物Ti₂Ni。涂层显微硬度的提高主要归功于弥散强化及固溶强化效应,最高可达902 HV,较基材显微硬度提高了2.37倍。涂层的磨损体积较基材下降了约27.9%,摩擦系数稳定在0.38~0.42,磨损机理主要为黏着磨损和轻微的磨粒磨损,具有优异的耐磨性能。

通过激光熔覆技术在Ti811钛合金表面制备了Ti基复合涂层, 研究了涂层的物相组成、微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能, 分析了TiB2-TiC复合镶嵌结构的形成机理。结果表明：涂层主要由增强相TiC和TiB2、金属间化合物Ti2Ni以及基底α-Ti组成; TiB2的(0001)面和TiC的(111)面之间的错配度仅为1.057%, TiB2可以作为TiC最有效的异质形核的核心, 形成TiB2-TiC复合结构; 弥散强化、固溶强化和细晶强化效应使得涂层的显微硬度可达617 HV, 为Ti811钛合金的1.62倍; 涂层具有良好的摩擦磨损性能, 磨损体积、磨损深度和平均摩擦因数分别为175×10-3 mm3、80.13 μm和0.39, 磨损体积较基体约下降了26%。

采用激光熔覆技术在TC4基材表面制备了TiC+TiB₂增强Ni基自润滑复合涂层,研究了CeO₂含量对涂层物相组成、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,添加不同CeO₂含量涂层的物相主要由基底γ-Ni、陶瓷增强相TiC和TiB₂、金属间化合物Ti₂Ni及润滑相Ti₃SiC₂组成。添加适量的CeO₂可以减小涂层增强相的尺寸,细化晶粒。当CeO₂添加量为1.5%时,涂层的显微硬度为1400 HV左右,涂层的最小摩擦系数为0.22~0.24,最小磨损量为1.7 mg,涂层具有良好的自润滑耐磨性能。

利用同步送粉激光熔覆技术在Ti811合金表面制备了单道激光熔覆层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪等分析了熔覆层的组织和相组成, 利用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度, 利用摩擦磨损试验机和白光干涉轮廓仪测试了熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明：熔覆层为典型的魏氏组织, 在α-Ti围成的晶界中分布着α′-Ti、α″-Ti和β′-Ti, 纳米Ti3Al颗粒弥散分布在熔覆层中; 与基底相比, 熔覆层的显微硬度较, 最高为480 HV; 涂层中弥散分布着大量纳米Ti3Al颗粒, 有效降低了熔覆层的摩擦因数, 提高了熔覆层的摩擦磨损性能。

以Ni60+33%Ni/MoS2(质量分数)混合粉末为熔覆材料，在H13钢表面进行了激光熔覆试验，利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等对激光熔覆层的微观组织进行了分析，测试了激光熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明，激光熔覆层的组织是在γ-Ni树枝晶和γ-Ni+MoNi4共晶的基体上分布着CrxSy颗粒。激光熔覆过程中原位自生的CrxSy颗粒呈近球状，尺寸在5～20 μm之间，尺寸较大的颗粒多分布于熔覆层的上部，尺寸较小的颗粒多分布于熔覆层的中下部。由于CrxSy的减摩作用，熔覆层的摩擦系数明显低于Ni60熔覆层的摩擦系数，但耐磨性能有所降低。

采用CO2激光器在H13钢基体上制备了Ni+h-BN自润滑复合涂层，利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段分析涂层组织和相组成，利用显微硬度计和M200型摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和摩擦磨损性能。结果表明，Ni+5%h-BN(质量分数，下同)涂层主要是γ-Ni基体上分布着条状Cr2N相和少量不规则块状CrB相；Ni60+10%h-BN组织主要是短小的杆状CrB相；Ni60+15%h-BN涂层组织为类树枝晶CrB相。随着h-BN含量的增加，Ni+h-BN涂层的显微硬度增大，摩擦系数减小。其中最高显微硬度可达1200 HV0.2，约为基底的4倍。Ni+h-BN涂层的摩擦系数和磨损失重量较Ni60涂层显著降低，最小的磨损失重量仅为基体的6%。

利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)对TC4 合金表面NiCrBSiC合金激光熔覆层中反应合成的TiC和TiB2形貌进行了观察, 分析了TiC和TiB2相的生长机制。结果表明, 激光熔覆反应合成的TiC相呈等轴树枝晶状, 并具有非小平面和小平面两种生长界面(当树枝晶尺寸较小时, 具有非小平面生长界面, 当树枝晶尺寸较大时, 具有小平面生长界面), TiB2相呈六棱柱状, 通常在TiC树枝晶表面异质形核, 并以小平面形式生长, 最终形成心部为TiC相外部为TiB2相的特殊复相结构。

激光技术; 激光熔覆; 复合涂层; 微观组织; 机制

采用横流CO2激光器在TC4合金表面熔覆NiCrBSiC合金涂层，探讨了激光熔覆工艺参数对涂层稀释率和微观结构的影响。结果表明，在激光功率密度和辐照时间相同的条件下，大直径(D=6 mm)光斑热源能获得更深的基体熔化深度，涂层的稀释率较高，涂层中的强化相主要为TiB2和TiC相; 小直径(D=3 mm)光斑热源基体熔化深度较浅，涂层的稀释率较低，涂层中的强化相为CrB以及少量的M23(CB)6和TiC相。

采用5 kW横流CO2激光器，在ZL102合金表面熔覆Al2O3颗粒增强的Al-Si合金复合涂层，探索了激光熔覆工艺参数对涂层质量的影响，分析了涂层的微观组织，测试了涂层的硬度和磨损性能。结果表明，在优化工艺参数下可以获得连续均匀、无气孔和裂纹的涂层，涂层的组织是在α固溶体和α固溶体+Si共晶的基体上均匀地分布着Al2O3颗粒，Al2O3颗粒尺寸在10～20 μm之间，与涂层基体结合紧密。涂层与基材之间呈典型的外延生长界面，形成了良好的冶金结合。涂层的硬度在Hv190～260之间，比基材提高了约2倍，涂层的耐磨性能比基材提高了约4倍。