碳源對(duì)激光復(fù)合溶膠凝膠法制備TiC增強(qiáng)涂層的影響.pdf

1、磨損作為工件的主要失效形式之一，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的損失。TiC具有密度低、強(qiáng)度高、彈性模量高、抗氧化、耐磨及耐腐蝕等優(yōu)異的物理化學(xué)特性。將TiC強(qiáng)化相加入到金屬基體中，能夠顯著改善基體的性能，滿足工件在極端工況下的使用條件。
　　激光復(fù)合溶膠凝膠法作為一種新興的陶瓷涂層制備方法，結(jié)合了激光熔覆以及溶膠凝膠技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠制備出亞微米結(jié)構(gòu)粉體，在基體表面原位合成強(qiáng)化顆粒。所得涂層與基體達(dá)到冶金結(jié)合，無缺陷，顆粒細(xì)小，分布均勻，在

2、硬度和厚度上都得到較大改進(jìn)。
　　本文采用溶膠凝膠法制備了TiO2、C混合均勻的復(fù)合粉末。將復(fù)合粉末預(yù)置于45＃鋼基體上，采用連續(xù)半導(dǎo)體激光器對(duì)預(yù)置層進(jìn)行輻照，最終得到TiC強(qiáng)化涂層。同時(shí)改變了碳源的種類與配比，分別以不同的碳納米管以及納米石墨置換一部分微米石墨，得到了不同的熔覆涂層。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)等手段分析了涂層的組織形貌與相組成，利用顯微硬度計(jì)以及摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)熔覆層的顯微硬

3、度和磨損性能進(jìn)行了測試，最終對(duì)TiC形成的機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　結(jié)果表明，激光熔覆工藝參數(shù)對(duì)涂層的組織及性能有一定的影響。在以微米石墨為碳源的涂層中，激光功率增加會(huì)導(dǎo)致硬度的增加，但是當(dāng)激光功率高于1200W時(shí)，涂層中TiC顆粒分布很少;激光掃描速度越快硬度越低，同時(shí)TiC顆粒越來越少;熔覆過程中未加保護(hù)氣會(huì)造成較多的缺陷，而加入保護(hù)氣后顆粒分布均勻，熔覆良好。最終得到最優(yōu)涂層的工藝參數(shù)為:激光功率1000W，掃描速度2mm/s，

4、氣體流量10L/min。
　　納米碳材料的加入會(huì)對(duì)熔覆層產(chǎn)生較大的影響。在加入碳納米管時(shí)，由于碳納米管有較高的反應(yīng)活性以及較大的比表面積，會(huì)使得TiC顆粒變大、團(tuán)聚，而過量碳納米管的加入又會(huì)導(dǎo)致粉末燒損，碳納米管含量為20％時(shí)能夠得到最優(yōu)涂層;在加入納米石墨時(shí)，由于納米石墨的特性與微米石墨相近，在增加比表面積的同時(shí)未改變粉末的基本特性，細(xì)小均勻的TiC顆粒分布于涂層中，而過多的納米石墨加入亦會(huì)導(dǎo)致粉末的燒損，納米石墨含量為60％時(shí)

5、能夠得到最優(yōu)涂層。
　　對(duì)微米石墨涂層、20％碳納米管涂層和60％納米石墨涂層進(jìn)行對(duì)比，三者的平均硬度分別為700HV0.2、800HV0.2和950HV0.2，其中微米石墨涂層耐磨性為基體的4倍，20％碳納米管涂層為基體的8倍，60％納米石墨涂層為基體的12倍，三者的主要磨損機(jī)制均為磨粒磨損。
　　對(duì)TiC的原位生成機(jī)制進(jìn)行了熱力學(xué)分析，碳熱還原過程中主要反應(yīng)為固固反應(yīng);研究了不同碳源對(duì)TiC顆粒長大機(jī)制的影響，發(fā)現(xiàn)納米石