激光熔化沉积TiAl基合金涂层具有优良的耐高温、耐腐蚀等性能,在诸多领域具有广阔的应用前景。然而,TiAl基合金涂层的耐磨性能较差,难以在恶劣、复杂的工况条件下长期服役,因此提高TiAl基合金涂层的耐磨性能显得尤为重要。本研究采用激光熔化沉积技术制备出TiB2增强TiAl基合金复合涂层,以改善其耐磨性,同时也为进一步探索TiAl基合金复合材料在表面工程中的应用提供理论参考。采用激光熔化沉积在TC4合金表面制备出不同TiB2含量(0%、10%、20%、30%,质量分数)的TiAl基合金涂层,利用XRD、OM、SEM、显微硬度计、压痕法(断裂韧性)、磨损试验机以及激光共聚焦显微镜等手段,系统研究了TiB2含量对涂层微观组织与力学性能的影响。结果表明,涂层组织由底部沿厚度方向依次为平面晶、柱状晶和等轴晶,随着TiB2含量增加,柱状晶高度逐渐降低。TiB2/TiAl复合涂层由TiAl合金基体相(γ+α2)以及TiB2增强相组成,直接添加的TiB2颗粒大多没有熔化,但直接添加的TiB2颗粒外层与TiAl合金熔体发生溶解反应后原位析出初生TiB2和次生TiB2,初生TiB2呈块状,次生TiB2呈短棒状和条带状。随着TiB2含量由0增加至10%,涂层基体组织明显细化,但继续增加TiB2含量(20%、30%)并未产生进一步的细化作用。随着TiB2含量由0增加至30%,涂层的表面硬度由530.5 HV增加至738.4 HV,断裂韧性由7.75 MPa·m1/2降低至3.17 MPa·m1/2,磨损率由3.98 mg/mm2减少至0.42 mg/mm2,并且磨损面的磨损程度及其粗糙度也随之降低。未添加TiB2时,涂层的磨损机制以显微切削为主,多次塑性变形为辅;TiB2含量为10%时,涂层的磨损机制以显微切削为主,微观断裂为辅,随着TiB2含量增加,磨损机制逐渐转向微观断裂,TiB2含量为30%时,涂层的磨损机制以微观断裂为主,显微切削为辅。
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