添加固體潤滑劑hBN的鈦合金激光熔覆高溫耐磨復合涂層研究.pdf

1、在鈦合金表面激光熔覆復合涂層是改善鈦合金摩擦學性能的一個有效途徑。目前，大多數(shù)的相關研究是通過提高表面硬度和強度來改善鈦合金基體摩擦學性能的，但仍呈現(xiàn)出較高的摩擦系數(shù)，尤其在高溫、重載、不易潤滑的特殊工作環(huán)境下。較高的摩擦系數(shù)對鈦合金類零部件及其對磨件的耐用年限是有害的，克服這一問題的有效方法是設計一種具有高溫自潤滑性能的復合涂層。
　　本文采用激光熔覆技術制備出了Ni60耐磨復合涂層、Ni60-5％hBN及Ni60-10%hBN

2、高溫自潤滑耐磨復合涂層。采用 X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)分析了涂層的物相及顯微組織。采用球-盤式高溫摩擦磨損試驗機系統(tǒng)地研究了干滑動摩擦磨損試驗條件下激光熔覆涂層在不同溫度(室溫、300℃、600℃)、室溫不同載荷、高溫不同載荷下的摩擦磨損性能并詳細地探討了復合涂層的磨損機理。
　　試驗結果表明：Ti6Al4V合金基體上預涂Ni60、Ni60-hBN合金粉末制備的復合涂層飽滿，無明顯的裂紋、

3、氣孔等缺陷，涂層與基體形成了良好的冶金結合。激光熔覆層可以分為3個區(qū)域，由涂層表面到基體分別為熔覆區(qū)、結合區(qū)、熱影響區(qū)。激光熔覆Ni60涂層主要由γ-Ni、TiB2、TiC等物相組成，Ni60-hBN自潤滑耐磨復合涂層的主要物相除了γ-Ni、TiB2、TiC外，還出現(xiàn)了CrB、Ni3B硬質(zhì)相及hBN潤滑相。隨著hBN含量的增加，硼化物的體積分數(shù)有所增加，且在凝固過程中形成了外部為塊狀TiB2，心部為TiC樹枝晶的特殊復雜的相結構。激光熔

4、覆Ni60涂層平均顯微硬度約為946 HV0.2，是Ti6Al4V基體(約為350 HV0.2)的3倍左右。添加hBN的復合涂層顯微硬度高于Ni60熔覆層的顯微硬度，Ni60-5%hBN涂層平均硬度約為1052 HV0.2，Ni60-10%hBN涂層的平均顯微硬度約為1109 HV0.2。
　　Ni60涂層的磨損率與摩擦系數(shù)都隨著溫度的升高而升高，常溫時Ni60涂層的平均磨損率為11.23×10-6 mm3/Nm，比基體磨損率降低

5、了近20倍，Ni60涂層呈現(xiàn)出良好的耐磨性。Ni60-hBN涂層在室溫、300℃、600℃下均表現(xiàn)出較好的耐磨性，且隨著溫度的升高，摩擦系數(shù)及磨損率逐漸下降，尤其溫度為600℃時，Ni60-10%hBN涂層的摩擦系數(shù)約為0.23，磨損率約為4.2×10-6 mm3/Nm是Ni60涂層的1/4，呈現(xiàn)出優(yōu)異的減摩耐磨性能。這是硼化物、碳化物等增強相及潤滑轉(zhuǎn)移膜綜合作用的結果。室溫時激光熔覆Ni60涂層的摩擦系數(shù)及磨損率隨著載荷增大而升高，2