1159 / 2023-03-16 12:56:20

TiB2含量对TiBx/TiZr基合金涂层组织及摩擦学性能的影响

在Ti-47Zr-5Al-3V(以下简称T47Z)表面制备TiB_x/TiZr基复合涂层以提高合金的摩擦学性能。采用等离子弧熔覆技术在T47Z合金表面熔覆不同配比的(TiB₂ +Ti)粉末 (TiB₂质量百分比分别为10% 、20%、30%、40%、50%），制备TiB_x陶瓷增强TiZr基合金复合涂层，使用扫描电子显微镜（SEM）及X射线衍射仪（XRD）对涂层显微组织和物相进行分析，采用维氏硬度显微计与UMT-2摩擦磨损试验机对涂层硬度及摩擦磨损性能进行研究。涂层厚度约2mm，无裂纹、气孔等缺陷，涂层的基体组织为α相，针状、棒状的TiB增强相和颗粒状的TiB₂增强相均匀分布于α相中。随着TiB₂含量的增加，基体组织无明显变化，增强相的数量增加、尺寸逐渐变大。当TiB₂含量低于50%时涂层表面物相为α相和增强相TiB、TiB₂，当TiB₂含量为50%时，在涂层表面还检测到Ti₃B₄相。TiB₂含量为40%时涂层硬度提升较大，其表面硬度最高可达893.4 HV_0.2，相较于基体硬度432.1 HV_0.2，涂层硬度约为基体的2.07倍。涂层耐磨性相较基体均获得不同程度的提升，当TiB₂含量为40%时涂层耐磨性提升最为显著，其耐磨性提高了53.7%。T47Z合金的磨痕存在明显犁沟、磨粒以及分层现象，其磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损。涂层的磨损明显减轻，随着TiB₂含量的增加，磨痕犁沟的宽度及深度均变小，分层现象也得到较大改善。当TiB₂含量为40%时，磨痕表面犁沟细而窄且分层现象几乎消失，涂层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损。通过控制粉体中TiB₂含量，能够利用等离子熔覆技术在TiZr基合金表面制备无裂纹、孔隙且与基体呈良好冶金结合的TiB_x/TiZr基复合涂层，尤其当 TiB₂含量为40%时，涂层硬度及耐磨性能均获得大幅度提升，因此运用等离子熔覆技术制备陶瓷相增强金属基复合涂层可切实有效地提高钛锆基合金的硬度及耐磨性能。