第十四届全国表面工程大会

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·m^1/2降低至3.17 MPa·m^1/2，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。