第十四届全国表面工程大会

242 / 2022-09-22 19:30:36

多元自生颗粒增强铝基复合涂层的激光合金化制备及其性能研究

激光多元合金化；原位自生；界面特征；摩擦磨损特性

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       随着汽车制造、航空航天等领域对轻量化的紧迫需求，铝合金凭借比强度高、耐蚀性好、易加工成型等优点成为构件材料的首选。然而铝合金硬度低、耐磨性差，构件在磨损工况下极易发生表面损伤而失效，不但严重影响安全性和可靠性，还会造成大量浪费。采取绿色、高效的激光表面改性技术制备颗粒增强铝基复合涂层将显著提高耐磨性能，有效延长其服役寿命。

       基于多元合金化产生多种类、不同形态陶瓷颗粒相互制约、相间生长的特点，本文采用激光合金化技术在铝合金表面以Ti-Fe-B₄C为预置材料制备了原位自生TiB₂/TiC多元颗粒增强铝基复合涂层，通过分析陶瓷相与基体、陶瓷相之间的界面结构特征、计算界面二维错配度等，阐述了快速凝固过程中多元陶瓷增强相的原位形核机制，进而探讨了复合涂层的摩擦磨损特性。在熔池凝固过程中，高熔点TiB₂优先析出并吸收Ti原子和B原子逐渐长大，其界面前沿形成富C的区域。TiB₂(0001)晶面与TiC(111)晶面在满足[1210]TiB₂//[011]TiC位向关系时，经计算其界面错配度仅为1.049%，即TiB₂能够充当TiC异质形核的最有效形核核心，TiC晶粒可在TiB₂表面异质形核，最终形成TiB₂/TiC复合组织。这种交替生长的原位自生TiB₂/TiC复合组织具有较高的硬度和韧性，在铝基复合涂层中表现出良好的耐磨性能，摩擦磨损试验后复合涂层的摩擦系数和磨损体积分别仅为基体材料的54%和7.2%。