前 言
钛合金因(yin)具有(you)轻(qing)质、比(bi)强度高(gao)、耐腐(fu)蚀与(yu)生物相容性好(hao)等特(te)点(dian)，被(bei)广(guang)泛应(ying)用(yong)于(yu)航(hang)空(kong)航(hang)天、海(hai)洋(yang)工(gong)程和(he)生(sheng)物医(yi)学(xue)等领域(yu)[1－5]。 在这些应用(yong)领域中，钛棒、钛(tai)管等(deng)钛(tai)合(he)金不(bu)可避(bi)免(mian)地(di)存(cun)在摩擦(ca)与(yu)磨损问(wen)题(ti)，钛合金较(jiao)差(cha)的耐(nai)磨(mo)性(xing)会(hui)严(yan)重(zhong)影(ying)响(xiang)其作(zuo)为(wei)工作部件的可靠(kao)性与服役(yi)寿命(ming)。
表面改(gai)性(xing)技术是提高钛合(he)金(jin)耐(nai)磨性(xing)的主(zhu)要(yao)方(fang)法(fa)，现(xian)有表(biao)面(mian)改性(xing)技术(shu)主(zhu)要包(bao)括(kuo)物理(li)气相(xiang)沉积(ji)[6]、化学(xue)气(qi)相沉(chen)积[7]、喷涂[8]、渗(shen)氮(dan)[9]、渗(shen)碳[10]、微(wei)弧(hu)氧化[11] 等，但(dan)是这(zhe)些(xie)技术(shu)通常(chang)存(cun)在涂(tu)层与基(ji)材(cai)结(jie)合力(li)差、涂(tu)层厚(hou)度(du)较薄(bao)以及苛(ke)刻摩(mo) 擦 磨 损 条(tiao) 件(jian) 下 涂(tu) 层(ceng) 易 剥(bo) 落 等 问题(ti)[12，13]。 而与以(yi)上技(ji)术相比，激光熔覆(fu)技术(shu)具有制(zhi)备涂层(ceng)组(zu)织(zhi)致密且厚度(du)不(bu)受(shou)限(xian)制，涂(tu)层(ceng)与(yu)基(ji)材结(jie)合(he)强(qiang)度(du)高(gao)、不(bu)易(yi)剥落(luo)等(deng)优(you)点，广(guang)泛(fan)用于(yu)提(ti)高(gao)钛(tai)合金(jin)表(biao)面的(de)耐(nai)磨性(xing)。
采(cai)用激(ji)光熔(rong)覆(fu)技术提高钛(tai)合(he)金表面(mian)耐(nai)磨(mo)性(xing)的主要方(fang)法(fa)是在钛合(he)金(jin)表面制备耐(nai)磨(mo)和(he)自(zi)润滑涂层。 在钛(tai)合(he)金表(biao)面制备耐磨和(he)自润滑(hua)涂(tu)层的过(guo)程中，通(tong)过(guo)调(diao)整(zheng)熔覆工艺(yi)参(can)数，使得(de)熔覆(fu)粉末(mo)在(zai)激(ji)光(guang)高温作用下(xia)快速熔化(hua)、凝固形成缺陷较少(shao)的涂(tu)层，因(yin)此，激光熔覆工艺是决(jue)定(ding)涂层耐磨性的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素[14]。 除(chu)此之(zhi)外，涂层的(de)组分(fen)也是(shi)影(ying)响(xiang)涂层耐(nai)磨性(xing)的重要因(yin)素(su)。 耐磨涂层(ceng)由(you)硬(ying)质(zhi)相(xiang)和基(ji)体(ti)相(xiang)组成，自润(run)滑涂层由硬质(zhi)相、基体(ti)相和自(zi)润滑相(xiang)组成。 硬(ying)质相(xiang)能(neng)够提(ti)高涂(tu)层的硬度(du)进而提(ti)高(gao)涂(tu)层耐磨(mo)性；基体相能够(gou)提(ti)高(gao)涂(tu)层(ceng)韧(ren)性(xing)与(yu)润(run)湿性进(jin)而提(ti)高涂(tu)层的(de)综(zong)合性(xing)能；自润滑相则能够(gou)减小涂(tu)层摩(mo)擦系(xi)数(shu)进而(er)提高涂层减(jian)磨(mo)性(xing)。 因(yin)此本(ben)文综(zong)述了(le)激(ji)光熔(rong)覆(fu)工艺(yi)和涂(tu)层(ceng)组(zu)分(硬(ying)质(zhi)相(xiang)、基(ji)体相和自润滑(hua)相) 特征对(dui)涂(tu)层耐磨(mo)性的(de)影(ying)响规律。
1、激(ji)光(guang)熔覆(fu)工(gong)艺对涂(tu)层耐(nai)磨性的(de)影(ying)响
采(cai)用(yong)激光熔覆技术制备(bei)的耐(nai)磨(mo)和(he)自(zi)润(run)滑涂(tu)层与(yu)基(ji)体(ti)的(de)物理(li)性(xing)质(zhi)(弹(dan)性模量、热膨(peng)胀(zhang)系(xi)数(shu)、熔(rong)点(dian)等(deng))存(cun)在(zai)较(jiao)大差(cha)异，因(yin)此涂层易出(chu)现(xian)裂纹(wen)、气(qi)孔(kong)等缺陷。 合(he)适(shi)的(de)激(ji)光熔覆工(gong)艺(yi)可(ke)以减(jian)少涂层(ceng)中的(de)各种缺陷(xian)，提高(gao)涂层的(de)耐(nai)磨性(xing)。 激光(guang)熔(rong)覆工艺包括(kuo)熔(rong)覆(fu)工艺(yi)参(can)数(shu)和辅(fu)助工艺，熔覆(fu)工艺(yi)参数(shu)主要包(bao)括激光(guang)功(gong)率(lv)、扫描(miao)速度、光(guang)斑(ban)直(zhi)径、比(bi)能(neng)量(liang)等(deng)参(can)数(shu)。
1.1 激(ji)光功率(lv)
激光(guang)功(gong)率大小对涂(tu)层宏(hong)观(guan)形貌(mao)、缺(que)陷、组织(zhi)、硬度有(you)显(xian)著的(de)影响[15－17]。 崔爱(ai)永等[18] 研究(jiu)了激光(guang)功率大小(xiao)对涂层(ceng)宏观(guan)形(xing)貌(mao)的(de)影(ying)响(xiang)(见表(biao) 1)，由表 1 可(ke)知，涂层的(de)稀释(shi)率、熔(rong)池(chi)的深(shen)度(du)随(sui)着激光功率增大(da)而增大(da)，而(er)涂(tu)层(ceng)的(de)宏观形(xing)貌(mao)基(ji)本不(bu)受(shou)激(ji)光功率(lv)大小(xiao)的(de)影(ying)响(xiang)。 翁(weng)飞[19]研(yan)究了激(ji)光功率(lv)对(dui)涂层缺陷(xian)的影响(xiang)，发现(xian)较(jiao)低(di)的激光功率(lv)使得熔(rong)池(chi)中(zhong)的气(qi)体来不(bu)及逸(yi)出(chu)形成(cheng)气(qi)孔缺陷(xian)；较(jiao)高(gao)的激光功率使(shi)得(de)熔(rong)覆材料充(chong)分(fen)熔(rong)融、气(qi)孔(kong)缺陷减少。
马永(yong)[20]研究了(le)激(ji)光(guang)功率(lv)对涂层(ceng)组(zu)织(zhi)和(he)硬(ying)度的(de)影(ying)响(xiang)，发(fa)现(xian)高(gao)激光(guang)功率使得(de)涂层(ceng)组(zu)织(zhi)致(zhi)密(mi)、分(fen)布(bu)均匀(yun)、硬度提高(gao)。 通常(chang)情(qing)况(kuang)下，激(ji)光功(gong)率(lv)大(da)小的(de)选择(ze)原(yuan)则(ze)是在保证(zheng)涂(tu)层(ceng)形貌较(jiao)为平(ping)整(zheng)、涂层(ceng)稀(xi)释(shi)率(lv)低(di)于 5％的情况下(xia)，尽可(ke)能(neng)提高激(ji)光(guang)功(gong)率(lv)[12]。
1.2 扫(sao)描(miao)速(su)度
扫描速度(du)会(hui)影响熔覆粉(fen)末的(de)熔化状态，进而影响(xiang)涂(tu)层(ceng)的耐(nai)磨(mo)性(xing)。 扫描速(su)度较低(di)时，熔(rong)覆粉末能够(gou)充(chong)分(fen)熔(rong)融；而扫(sao)描速度过低(di)则会(hui)导致(zhi)熔(rong)覆(fu)粉末过烧、粉末(mo)中的合(he)金元素(su)蒸发(fa)；扫描速度(du)过(guo)高(gao)则会(hui)导致熔覆(fu)粉末(mo)不(bu)
能(neng)完全熔化(hua)[12，16，21]。 Li 等(deng)[22] 研(yan)究了(le)扫描速(su)度(du)对(dui)Ti ＋TiBCN 熔覆粉(fen)末制(zhi)备(bei)的涂层(ceng)稀(xi)释率(lv)、耐磨性(xing)的(de)影响(xiang)规律(lv)，结(jie)果如(ru)图(tu) 1 所示(shi)， 随(sui)着(zhe)扫描速(su)度的(de)增(zeng)加(jia)， 涂层的稀(xi)释率降(jiang)低、显微硬度(du)先增(zeng)大(da)后(hou)减(jian)小(xiao)，摩擦系(xi)数、磨(mo)损质量(liang)损失和磨(mo)损体积先减(jian)小后(hou)增大(da)， 当(dang)扫描速度为 7mm/s 时，涂层综合(he)性(xing)能最优(you)。 而(er)谭金花等(deng)[23] 研(yan)究(jiu)了(le)扫(sao)描(miao)速度对(dui)TC4＋Ni60＋ｈ- ＢN 熔覆(fu)粉末(mo)制(zhi)备(bei)的涂层的影响(xiang)规律，结果(guo)表明(ming)扫(sao)描速(su)度(du)为 10 mm/s 的(de)涂(tu)层综(zong)合(he)性(xing)能(neng)最优(you)。 因此(ci)在不(bu)同(tong)的(de)熔(rong)覆(fu)粉末体系(xi)中，最(zui)优(you)的扫(sao)描速度存(cun)在差(cha)异(yi)。
1.3 光(guang)斑(ban)直(zhi)径和比(bi)能(neng)量(liang)
光斑(ban)直(zhi)径决定(ding)了(le)涂层熔池宽(kuan)度与(yu)光斑单(dan)位面(mian)积(ji)上(shang)的能(neng)量(liang)输入(ru)。 大(da)光(guang)斑直径可以增加(jia)熔(rong)池(chi)宽(kuan)度(du)，但降(jiang)低(di)了(le)能(neng)量输入(ru)，而(er)小(xiao)光(guang)斑直(zhi)径(jing)使(shi)得涂(tu)层(ceng)缺(que)陷(xian)减少(shao)、组织(zhi)致(zhi)密(mi)，但(dan)会(hui)导致(zhi)激(ji)光熔(rong)覆时(shi)间增加，不(bu)利(li)于(yu)激(ji)光熔(rong)覆技术(shu)的工业化(hua)应用(yong)[24，25]。
为了研(yan)究(jiu)光斑直(zhi)径(jing) Ｄ、扫描(miao)速(su)度 ｖ 和(he)激光(guang)功(gong)率(lv) Ｐ 三者(zhe)对(dui)涂(tu)层的(de)共同(tong)作用效(xiao)果(guo)，研究人(ren)员提(ti)出了(le)比能(neng)量 Ｅ的(de)概(gai)念，比(bi)能量 Ｅ 表示(shi)涂(tu)层单(dan)位面(mian)积(ji)受到激光(guang)照射(she)能量的大小( Ｅ ＝ Ｐ / ＤＶ) [12]。 ＳUi 等(deng)[26] 研究(jiu)了(le)比能量对(dui)Ｔi3ＡL 复(fu)合TiN＋Ｔi3ＡLN 涂(tu)层(ceng)的(de)影(ying)响规(gui)律，结(jie)果(guo)表(biao)明比能量增(zeng)加会(hui)提高涂(tu)层综合(he)性(xing)能，但(dan)涂层(ceng)稀(xi)释(shi)率(lv)也会(hui)增加；能量(liang)减小则会(hui)导(dao)致(zhi)涂层组织(zhi)分布不均(jun)匀、缺陷增(zeng)加；比(bi)能量(liang)为(wei) 58.3 Ｊ/ MM2时，涂层(ceng)气孔、裂纹(wen)缺陷最少(shao)、耐磨性能最(zui)优。 但(dan)是(shi) LiU 等(deng)[27] 研(yan)究了(le)比(bi)能(neng)量(liang)对(dui)TiC＋TiB2涂层(ceng)的影(ying)响，结(jie)果表明比(bi)能(neng)量为 45 Ｊ/ MM2的(de)涂层耐磨(mo)性(xing)能(neng)最优。 在(zai)不同的熔覆材(cai)料(liao)体(ti)系(xi)中(zhong)，熔覆材(cai)料(liao)的类(lei)型(xing)、粉(fen)末尺寸(cun)存(cun)在差(cha)异(yi)，使得(de)涂层(ceng)达(da)到最(zui)佳(jia)性(xing)能所需的能(neng)量(liang)不(bu)同(tong)，因(yin)此比能(neng)量(liang)只能在(zai)相似(shi)的(de)熔(rong)覆(fu)材(cai)料体系中作(zuo)为参(can)考。
1.4 辅(fu)助(zhu)工(gong)艺(yi)
激光(guang)熔覆的辅助(zhu)工(gong)艺(yi)包括(kuo)引入旋(xuan)转磁(ci)场(chang)、超声(sheng)振动和(he)后(hou)热(re)处理等(deng)工艺(yi)。 引(yin)入(ru)旋转(zhuan)磁(ci)场(chang)可以减小(xiao)熔(rong)池(chi)深(shen)度(du)和(he)宽(kuan)度，而(er)对(dui)涂(tu)层宏(hong)观(guan)形貌、耐磨(mo)性(xing)的影(ying)响(xiang)较小[28]。 合(he)适(shi)的(de)超(chao)声(sheng)振动功(gong)率可以显著(zhu)降(jiang)低(di)涂层(ceng)的晶粒尺(chi)寸，王(wang)维等[29]研究(jiu)发(fa)现 2.2 Ｗ 的(de)超(chao)声(sheng)振动(dong)使(shi)得涂(tu)层(ceng)宏观形貌(mao)更加平(ping)整(zheng)，相比无(wu)超声(sheng)振动的(de)涂(tu)层(ceng)，晶(jing)粒尺寸(cun)减小(xiao)了(le)约 42％。后热处理工艺可(ke)降低涂层的(de)残(can)余应(ying)力(li)，同时提(ti)高(gao)涂(tu)层的断(duan)裂韧(ren)性[30－33]。 但不(bu)同的(de)后热处理工艺对涂层(ceng)耐(nai)磨(mo)性的影响(xiang)存在差异。 Li 等[31] 将(jiang)激(ji)光熔覆制(zhi)备好(hao)的(de)涂(tu)层(ceng)(主要(yao)由 ＷC、Ｗ2C、α -Ｔi、Ｔi2Ni 和(he)TiNi 组成)进行(xing)热(re)处理(li)，在(zai) 500 ℃下(xia)分(fen)别(bie)保(bao)温1h和(he)2h，然后(hou)在(zai)空气(qi)中冷(leng)却，涂(tu)层的(de)显微(wei)硬度、耐磨性略(lve)有(you)降低(di)。 而 CｈｅN等[32]将制(zhi)备(bei)好的(de)钛基(ji)复合(he)TiC＋TiB 涂层(ceng)进(jin)行(xing)热(re)处(chu)理，在不(bu)同的(de)温(wen)度(400 ℃、600 ℃和 800 ℃)下保(bao)温(wen)3h，然(ran)后在空(kong)气中冷(leng)却，随着热(re)处理(li)温度升(sheng)高(gao)，涂层的(de)硬度(du)、 耐(nai)磨(mo)性提(ti)高。
2、硬质(zhi)相特征对涂层(ceng)耐(nai)磨性(xing)的影(ying)响(xiang)
钛(tai)合金(jin)表(biao)面(mian)激光(guang)熔(rong)覆制(zhi)备(bei)的(de)耐磨涂层(ceng)通常(chang)由硬(ying)质相(xiang)与(yu)基(ji)体(ti)相(xiang)组(zu)成。 涂层的耐(nai)磨性主要由硬(ying)质(zhi)相的含量(liang)、特征和(he)形(xing)成方式(shi)决(jue)定(ding)。 硬质(zhi)相的含(han)量(liang)占比越(yue)高，涂(tu)层(ceng)的耐(nai)磨(mo)性(xing)越(yue)好，但(dan)硬质(zhi)相(xiang)含(han)量占(zhan)比(bi)过(guo)高会(hui)导(dao)致(zhi)涂层产(chan)生大(da)面积(ji)裂(lie)纹(wen)，甚至剥(bo)落(luo)。 在硬质相(xiang)含量(liang)受(shou)到(dao)限(xian)制(zhi)的情况(kuang)下(xia)，硬质(zhi)相的特(te)征(zheng)与形成(cheng)方式成(cheng)为(wei)决(jue)定(ding)涂层(ceng)耐磨性(xing)的关(guan)键(jian)因素[34－36]。 硬(ying)质相的(de)形成(cheng)方(fang)式有(you)在(zai)熔(rong)覆粉末(mo)中(zhong)直(zhi)接(jie)添(tian)加(jia)硬(ying)质相(xiang)颗(ke)粒(li)和(he)利用激(ji)光(guang)高(gao)温(wen)原位生成(cheng)硬质(zhi)相 2 种(zhong)方法(fa)。 本(ben)文按(an)照硬质(zhi)相形(xing)成(cheng)方式(shi)的不(bu)同，分别介(jie)绍(shao)了(le)不同类型(xing)硬质相(xiang)对涂层(ceng)的(de)影响情(qing)况(kuang)。
2.1 直(zhi)接添加硬质相(xiang)
直接(jie)添加(jia)硬(ying)质(zhi)相的(de)方(fang)法是(shi)直接(jie)添(tian)加高(gao)熔(rong)点陶瓷(ci)相作为(wei)熔覆粉(fen)末，在(zai)激(ji)光熔(rong)覆(fu)过程中(zhong)采用(yong)较小的(de)激光(guang)功(gong)率(lv)和(he)较高的(de)扫(sao)描(miao)速度(du)来(lai)避免(mian)陶瓷(ci)相(xiang)大(da)量(liang)分(fen)解(jie)，激(ji)光(guang)熔覆结(jie)束(shu)后未分解的陶(tao)瓷相(xiang)作为涂(tu)层硬质相(xiang)，提高涂(tu)层耐(nai)磨性(xing)。 常见的(de)高熔(rong)点(dian)陶瓷相(xiang)主(zhu)要(yao)有 C-ＢN(立方氮化硼) [21，37]、ＷC[35] 等(deng)。 ＳａMａｒ 等(deng)[35] 选择 ＷC＋NiCｒＢＳi 粉(fen)末(mo)进行激光熔覆(fu)，如图(tu) 2 所(suo)示(shi)， 涂层(ceng)中(zhong) ＷC 颗(ke)粒(li)的(de)显(xian)微硬(ying)度(du)高(gao)达(da) 3 338 ＨＶ，显著提高(gao)了(le)涂层的(de)耐磨性，但是ＷC 颗(ke)粒(li)边缘受激(ji)光高温影(ying)响分解产(chan)生了许(xu)多小颗(ke)粒，增(zeng)大了(le)涂(tu)层(ceng)开(kai)裂(lie)倾(qing)向。
ＦU 等(deng)[38]采用包(bao)覆的(de)方法(fa)改善了(le)直(zhi)接添加硬质(zhi)相在(zai)激(ji)光高(gao)温作(zuo)用下(xia)容(rong)易(yi)分解产(chan)生(sheng)裂(lie)纹(wen)的(de)问题(ti)。 如图(tu) 3所(suo)示，无包覆(fu)的 C-ＢN 颗粒在激(ji)光高(gao)温(wen)作用(yong)下分(fen)解(jie)产生裂(lie)纹(wen)，在(zai)干摩擦试(shi)验(yan)过程中，裂纹(wen)导(dao)致(zhi)部分(fen) C-ＢN 颗粒(li)破(po)裂形成(cheng)磨粒(li)磨(mo)损(sun)，涂(tu)层(ceng)出(chu)现窄而(er)深的(de)磨(mo)痕(hen)。 而采(cai)用(yong)Ni 包覆 C-ＢN 颗粒(li)的熔(rong)覆(fu)粉末经过激光作用后(hou)，C- ＢN颗(ke)粒几(ji)乎无裂纹(wen)产生，涂(tu)层的(de)耐磨(mo)性显(xian)著(zhu)提(ti)升[38]。
2.2 原(yuan)位生(sheng)成硼化物陶(tao)瓷相(xiang)
直(zhi)接添(tian)加硬质(zhi)相(xiang)颗粒的方法(fa)易产(chan)生(sheng)裂(lie)纹(wen)，对(dui)硬(ying)质(zhi)相颗(ke)粒(li)增加(jia)包(bao)覆(fu)层(ceng)虽(sui)然(ran)会减少裂(lie)纹(wen)的(de)产生(sheng)，但(dan)是(shi)存在可包覆(fu)材料(liao)种(zhong)类少、成本增(zeng)加(jia)的问(wen)题。 而(er)采用原(yuan)位生(sheng)成(cheng)的(de)方法则不(bu)存(cun)在上(shang)述问(wen)题，原(yuan)位生(sheng)成(cheng)硬(ying)质(zhi)相是利用(yong)激光(guang)高(gao)温作(zuo)用使得熔覆(fu)粉末在熔化状态发(fa)生原位反(fan)应(ying)生(sheng)成(cheng)硬质(zhi)相(xiang)。 原(yuan)位生成的硬质(zhi)相(xiang)主要(yao)有(you)硼化(hua)物陶瓷(ci)相、碳(tan)化(hua)物陶瓷相(xiang)、氧化物(wu)陶(tao)瓷相(xiang)等。
硼(peng)化物(wu)陶瓷(ci)导(dao)热率较高、高温稳定(ding)性好，同时(shi)具(ju)有(you)高硬耐(nai)磨的特点(dian)[36]。 采(cai)用激(ji)光熔(rong)覆(fu)技(ji)术(shu)制备的耐磨(mo)涂层中硼化物陶(tao)瓷相(xiang)主要为 TiB2、TiB 陶(tao)瓷(ci)相[39，40]。 生成 TiB2、TiB 陶瓷相(xiang)的(de)反应吉(ji)布(bu)斯(si)自(zi)由能和反(fan)应生(sheng)成焓都(dou)为(wei)负(fu)值(zhi)且(qie)都(dou)为放热(re)反(fan)应(ying)，因(yin)此 TiB2、TiB 陶(tao)瓷相在涂层中(zhong)一(yi)般会同时(shi)出(chu)现(xian)，此(ci)外(wai)生成(cheng) TiB 反应(ying)的吉布斯自(zi)由(you)能(neng)更(geng)低，在(zai)反应(ying)充分(fen)的情况(kuang)下，生(sheng)成(cheng) TiB 的反应更(geng)容易(yi)发生[41－44]。 如(ru)图 4 所(suo)示，TiB 相形貌(mao)趋(qu)向(xiang)六(liu)边形(xing)针(zhen)状，TiB2相形貌(mao)趋(qu)向(xiang)六(liu)边(bian)形板块状(zhuang)[41]。 刘頔(di)等(deng)[45] 制(zhi)备了以(yi) TiB、ＴiN 为主(zhu)要(yao)硬(ying)质(zhi)相(xiang)的(de)耐(nai)磨涂层(ceng)，干(gan)摩(mo)擦(ca)试验(yan)表明(ming) TiB、ＴiN 具(ju)有钉扎(zha)强化(hua)作(zuo)用(yong)而显著抑(yi)制(zhi)了(le)硬(ying)质相颗粒的剥落(luo)，提高了涂(tu)层耐(nai)磨性。
2.3 原(yuan)位(wei)生成(cheng)碳(tan)化物陶瓷(ci)相(xiang)
原(yuan)位(wei)生(sheng)成碳化物(wu)陶(tao)瓷相主(zhu)要为(Ｔi，Ｗ) C1－ｘ[46]、ＴiCｘ[47]等。 在(zai)熔覆(fu)涂层的形成过(guo)程(cheng)中(zhong)，当熔池(chi)中(zhong)含(han)有钛、碳和钨元素(su)时，碳(tan)元素优(you)先(xian)与钛元(yuan)素反应(ying)生成(cheng)TiCｘ，当碳元素过(guo)饱(bao)和(he)时(shi)才(cai)会和钨元素(su)反(fan)应生成(cheng) ＷC，然(ran)后(hou) ＷC和(he)TiCｘ反应生成(cheng)单一固(gu)溶(rong)体(ti)(Ｔi，Ｗ)C1－ｘ，因(yin)此(ci)(Ｔi，Ｗ)C1－ｘ在(zai)涂(tu)层中(zhong)的(de)含(han)量(liang)极低，对(dui)涂(tu)层耐(nai)磨性的(de)影响较(jiao)小[46，48]。
TiCｘ陶瓷硬(ying)度(du)高、弹性模(mo)量高(gao)、热(re)力学(xue)参数和(he)物(wu)理参(can)数(shu)与钛合(he)金相(xiang)近(jin)，因此是激(ji)光熔覆(fu)制(zhi)备耐磨涂(tu)层(ceng)中(zhong)应用(yong)较多(duo)的硬质相[46]。TiCｘ 是(shi)非(fei)定(ding)计(ji)量(liang)比化(hua)合物，受激光(guang)熔覆(fu)工艺(yi)快(kuai)速(su)熔(rong)化快速(su)凝(ning)固(gu)特点(dian)的影响(xiang)，ＴiCｘ形(xing)貌(mao)各(ge)异，如(ru)图(tu) 5 所示，TiCｘ有枝晶(jing)状、花(hua)瓣(ban)状、球(qiu)形或不规则(ze)形(xing)状等，但(dan)不同形(xing)貌的(de)TiCｘ 对涂层耐(nai)磨性的影(ying)响还缺(que)乏(fa)深入(ru)的(de)研(yan)究[49]。 ＺｈａO 等(deng)[50] 制(zhi)备(bei)的(de)以(yi)TiCｘ为(wei)硬质相(xiang)的耐磨涂层显(xian)微硬(ying)度最高为(wei) 540 ＨＶ。 而(er)马(ma)永(yong)[20] 制备(bei)的以(yi) TiB＋ＴiC 为(wei)硬(ying)质(zhi)相(xiang)的耐(nai)磨涂(tu)层(ceng)显微硬度(du)最(zui)高为(wei)1 404.6 ＨＶ，磨损(sun)量(liang)相比基体减少(shao)了(le) 66.67％。TiCｘ陶(tao)瓷(ci)作(zuo)为(wei)涂(tu)层硬质(zhi)相时，需(xu)要(yao)额外添加(jia)其(qi)他种类的(de)硬(ying)质相(xiang)才会显著提(ti)高涂(tu)层(ceng)的耐(nai)磨性(xing)。
2.4 原(yuan)位(wei)生成(cheng)氧(yang)化物陶(tao)瓷相(xiang)
由(you)于氧(yang)化(hua)物与(yu)液(ye)态(tai)金属的界面能(neng)较(jiao)大(da)，导(dao)致大(da)多数(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)陶(tao)瓷(ci)相(xiang)在(zai)涂(tu)层中(zhong)的润(run)湿(shi)性(xing)较差，因此(ci)激(ji)光熔(rong)覆(fu)原位(wei)生(sheng)成(cheng)氧化(hua)物陶(tao)瓷的(de)研究(jiu)较(jiao)少，只(zhi)有一(yi)些学者研(yan)究(jiu)了(le)ＺｒO2陶(tao)瓷(ci)、ＡL2O3陶(tao)瓷[51－53]。 ＺｒO2陶(tao)瓷除了(le)具(ju)有(you)高强(qiang)度、高(gao)硬度(du)外，还(hai)具(ju)有(you)消除(chu)残余(yu)应力(li)的作用(yong)[51，54]。 罗雅等[51]在 ＴＡ15 合(he)金表面制(zhi)备(bei)的(de)TiNi＋Ｔi2Ni 复(fu)合(he) ＺｒO2涂(tu)层(ceng)，涂层(ceng)显(xian)微硬(ying)度(du)最高达(da)到(dao) 1 070 ＨＶ，磨(mo)损率远低(di)于(yu)基体。
此外(wai)，超(chao)声(sheng)振动的(de)辅(fu)助工艺(yi)可降(jiang)低(di)氧(yang)化(hua)物(wu)润湿(shi)性(xing)差带来(lai)的(de)不(bu)利影(ying)响(xiang)。 ＷａNｇ 等(deng)[52]在(zai)激(ji)光熔覆过程中增加了(le)超声振(zhen)动的(de)辅助(zhu)工艺(yi)，制(zhi)备了含 ＡL2O3、Ｗ2(C，O)氧(yang)化(hua)物(wu) 陶(tao)瓷相的(de)涂(tu)层(ceng)，超声(sheng)振动使得涂(tu)层(ceng)的晶(jing)粒(li)细(xi)化(hua)，氧化(hua)物(wu)硬质相(xiang) ＡL2O3、Ｗ2(C，O)在(zai)涂层(ceng)中的(de)润湿(shi)性(xing)有所改(gai)善(shan)，涂层平(ping)均(jun)显(xian)微(wei)硬度(du)达(da)到 1 029.4 ＨＶ，耐(nai)磨(mo)性(xing)能优(you)异。
3、 基体(ti)相(xiang)特征对涂(tu)层耐磨性的(de)影响(xiang)
在激(ji)光熔(rong)覆(fu)技术制备的耐磨(mo)涂层(ceng)中，含(han)量占比最(zui)高(gao)的相为基体(ti)相(xiang)。 基体相(xiang)能够(gou)提高涂层(ceng)的(de)韧(ren)性和润湿性(xing)，避(bi)免涂(tu)层产生(sheng)过多(duo)裂(lie)纹、气(qi)孔等(deng)缺陷。 耐(nai)磨(mo)涂层的基体(ti)相主(zhu)要由钛(tai)基(ji)、镍(nie)基(ji)、钴基、铝(lv)基及其(qi)相互复(fu)合(he)的材料体系(xi)形成(cheng)，因此按(an)照(zhao)涂层(ceng)基体相(xiang)类(lei)型(xing)，把耐磨(mo)涂(tu)层分(fen)为(wei)金(jin)属基复(fu)合陶瓷涂(tu)层与金属间(jian)化(hua)合物复(fu)合陶瓷涂层。
3.1 金(jin)属基体(ti)相(xiang)
金属基复(fu)合(he)陶(tao)瓷涂(tu)层(ceng)的(de)基(ji)体相(xiang)由(you)一(yi)种含(han)量(liang)占(zhan)比(bi)极高(gao)的金(jin)属(shu)元(yuan)素(su)形成。 常(chang)见的(de)金(jin)属(shu)基体相(xiang)包括(kuo)钛基(ji)、镍基(ji)、钴基等(deng)，因此金(jin)属基复合(he)陶(tao)瓷(ci)涂层又可分(fen)为钛基、镍(nie)基、钴(gu)基复(fu)合(he)陶(tao)瓷涂层(ceng)。 钛基复(fu)合(he)陶瓷涂层(ceng)的(de)基体相(xiang)与(yu)基材的(de)物(wu)理性质(zhi)类似(shi)，所以能(neng)够显(xian)著减(jian)少(shao)涂层(ceng)的各种缺陷(xian)，同(tong)时(shi)具(ju)有(you)较好(hao)的(de)润(run)湿(shi)性(xing)[55－57]。 常见(jian)的(de)钛基(ji)体(ti)相由钛(tai)粉(fen)在(zai)激光(guang)熔覆(fu)过(guo)程(cheng)中形(xing)成，林(lin)沛(pei)玲(ling)等[58] 选(xuan)择Ｔi＋Ｂ 粉末制(zhi)备(bei)了钛(tai)基(ji)复合(he) TiB 陶(tao)瓷(ci)涂(tu)层，显(xian)微(wei)硬度(du)偏低 (650~ 770 ＨＶ)。 而(er) ＺｈａO 等(deng)[13，59]、LU 等[60] 制(zhi)备的钛基(ji)复合TiOｘ涂层基体相由(you)TiO2粉(fen)末(mo)形(xing)成，如(ru)图(tu) 6 所示，涂层组(zu)织致密、分(fen)布(bu)均(jun)匀(yun)，基材(cai)与涂层(ceng)界面无裂(lie)纹(wen)，基材(cai)中的(de)铝(lv)元(yuan)素和(he)钒(fan)元素(su)扩(kuo)散(san)到(dao)了(le)涂(tu)层(ceng)，表明(ming)涂层(ceng)与基(ji)材实现了良(liang)好(hao)的冶金(jin)结(jie)合，硬(ying)质(zhi)相TiOｘ 使(shi)得涂层平(ping)均显微(wei)硬度(du)达到了 1 583 ＨＶ1 N，涂(tu)层磨(mo)损(sun)率(lv)仅是基(ji)体磨损(sun)率 0.1 倍。
镍基(ji)复(fu)合陶瓷涂层(ceng)的基体相由镍基(ji)自熔(rong)性(xing)合金粉末(mo)形成。 用(yong)于(yu)激(ji)光熔(rong)覆的(de)镍(nie)基(ji)自熔性合(he)金粉(fen)末主(zhu)要有Ｆ101 镍基(ji)合(he)金(jin)、Ni60、Ni45Ａ、NiCｒＢＳi 等(deng)粉末[36，61－64]，其(qi)化学(xue)元(yuan)素组(zu)成如表(biao) 2 所示(shi)。 镍(nie)基(ji)自熔性合(he)金(jin)粉(fen)末含有(you)硼(peng)、硅(gui)等元素(su)，在(zai)激光(guang)熔(rong)覆过(guo)程中(zhong)具有脱(tuo)氧(yang)作用(yong)，而提高涂层的润湿(shi)性[36]。 镍基复合陶(tao)瓷涂层(ceng)的基(ji)体(ti)相由(you)γ-Ni 组成，γ-Ni 能够与(yu)硅元(yuan)素、铬(ge)元素、硼化(hua)物形(xing)成网(wang)格状的(de)枝(zhi)晶(jing)间共晶 组(zu) 织(zhi) 而(er) 显 著(zhu) 提 高(gao) 了(le) 涂 层(ceng) 的 耐 磨(mo)性(xing)[65，66]。 ＳａMａｒ 等(deng)[35]选(xuan)择(ze) ＷC＋NiCｒＢＳi 粉末(mo)制(zhi)备的(de)镍基复(fu)合 ＷC ＋Ｗ2 C 涂(tu)层，平均显微硬(ying)度(du)达到了(le) 1 384ＨＶ1 N。 但(dan)镍(nie)基(ji)复(fu)合(he)陶(tao)瓷(ci)涂(tu)层中(zhong)同(tong)时存(cun)在(zai)少(shao)量(liang)的金属(shu)间化合物(wu)相TiNi，添(tian)加(jia)适(shi)量(liang)稀(xi)土(tu)元(yuan)素则能够(gou)降低(di)涂层(ceng)中(zhong)ＴiNi 相(xiang)的(de)含(han)量(liang)，提(ti)高 α-Ti 相(xiang)的含量(liang)，降低涂层(ceng)界面的开裂(lie)倾向(xiang)[61，62]。
钴(gu)基复(fu)合陶瓷(ci)涂层(ceng)的(de)基(ji)体相(xiang)由钴(gu)基自(zi)熔(rong)性合(he)金(jin)粉(fen)末(mo)形成(cheng)。 用(yong)于激光(guang)熔(rong)覆(fu)的钴基自(zi)熔(rong)性合金粉(fen)末价(jia)格较(jiao)高(gao)，主要(yao)有 CO42、CO-01 等合(he)金粉末，其(qi)化(hua)学成(cheng)分如表(biao) 3所(suo) 示(shi)[40，67]。 钴 基(ji) 复 合(he) 陶(tao) 瓷(ci) 涂 层 的(de) 基(ji) 体 相 主 要(yao) 为(wei)γ-Ni/ CO固(gu)溶体和(he)少(shao)量(liang)的(de)金(jin)属(shu)间化(hua)合物 COＴi、COＴi2 和(he)NiＴi[68，69]。 γ- Ni/ CO 固(gu)溶(rong)体、COＴi、COＴi2 和 NiＴi 脆(cui)性(xing)高(gao)，容易(yi)导(dao)致(zhi)涂(tu)层出(chu)现(xian)裂纹，同(tong)时提高了(le)涂层在干摩(mo)擦过程中(zhong)出现(xian)开(kai)裂(lie)的(de)概(gai)率(lv)，降低(di)了(le)涂(tu)层的(de)耐磨(mo)性[70－74]。
ＷｅNｇ 等[41，68，69] 为解(jie)决(jue)钴(gu)基(ji)体(ti)相的(de)脆性问(wen)题，采用了添加稀土(tu)元素(su)的方(fang)法(fa)，分别(bie)选择(ze) CO42＋Ｂ4C＋ＳiC＋Y2O3粉(fen)末(mo)、CO42＋Ｂ4 C＋CｅO2 粉末、CO42＋ＴiN 粉(fen)末制备耐磨(mo)涂(tu)层(ceng)，结果(guo)表明 3 种(zhong)涂(tu)层(ceng)都(dou)与(yu)基体(ti)为冶金结合方(fang)式，涂层(ceng)中少量的(de)金属(shu)间化合物(wu)不会导致(zhi)涂(tu)层(ceng)与基(ji)材的(de)界面(mian)出现裂(lie)纹(wen)，并且通(tong)过添加(jia)适(shi)量(liang)稀(xi)土元素 Y2O3和(he) CｅO2而细(xi)化(hua)涂(tu)层(ceng)晶(jing)粒、显著减小涂(tu)层内(nei)的(de)微(wei)裂纹数(shu)量，因(yin)此含稀(xi)土(tu)元(yuan)素(su)的涂(tu)层耐(nai)磨(mo)性能(neng)提(ti)高。
3.2 金属(shu)间(jian)化合(he)物基体(ti)相(xiang)
金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)物(wu)复合(he)陶(tao)瓷涂(tu)层的(de)基(ji)体(ti)相(xiang)为(wei)金(jin)属间(jian)化(hua)合(he)物相，这些基体(ti)相(xiang)主(zhu)要包(bao)括(kuo)Ti-ＡL 基、Ｔi-Ni 基、CO-Ni基、Ni-ＡL 基(ji)，因(yin)此把(ba)金属间(jian)化(hua)合物(wu)复(fu)合陶瓷涂层(ceng)分为Ｔi-ＡL 基(ji)、Ｔi- Ni 基(ji)、CO- Ni 基(ji)金属间(jian)化(hua)合(he)物复合陶瓷(ci)涂层。
Ti-ＡL 金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合物复合(he)陶(tao)瓷(ci)涂(tu)层(ceng)的基体(ti)相为Ｔi3ＡL金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合物，Ｔi3ＡL 金属间化(hua)合(he)物(wu)具有(you)低(di)密度(du)、高(gao)弹(dan)性(xing)模(mo)量、高(gao)屈服强(qiang)度(du)、良好的(de)导(dao)热性和(he)在高(gao)温下(xia)形成(cheng)致密氧化膜提(ti)高抗氧化(hua)性等(deng)优(you)点，但也存(cun)在(zai)韧(ren)性(xing)差、室(shi)温(wen)延展性(xing)差、对(dui)微(wei)裂纹敏感的缺(que)点[75－77]。Ti-ＡL 金(jin)属间(jian)化(hua)合(he)物的(de)优(you)点(dian)使得涂层具(ju)有较高(gao)的硬(ying)度与耐(nai)磨(mo)性，但(dan)韧性(xing)差(cha)的Ti-ＡL 金属间化合(he)物(wu)使(shi)得(de)涂(tu)层(ceng)不可避免地存(cun)在(zai)裂纹(wen)，即使在(zai)熔覆粉(fen)末(mo)中添加(jia)适量(liang)稀土元素也(ye)难(nan)以(yi)完全(quan)消除，如(ru) Li 等(deng)[78]在熔覆粉(fen)末中添加(jia) Y2O3，成功制(zhi)备了(le)Ti3ＡL 金属(shu)间化合物(wu)复(fu)合陶(tao)瓷涂(tu)层，显微硬度在(zai)1 250 ~ 1 400 ＨＶ2 N 之间(jian)，但(dan)涂层依然存(cun)在许多(duo)微观(guan)裂纹(wen)。
Ti- Ni 基金(jin)属(shu)间化(hua)合物复(fu)合陶瓷涂(tu)层(ceng)的基体(ti)相(xiang)为ＴiNi、Ｔi2Ni 相，ＴiNi、Ｔi2Ni 金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合物具有较(jiao)好的硬(ying)度与耐磨(mo)性[79]。 当(dang)熔覆(fu)粉(fen)末(mo)中Ti 含(han)量较多时，涂(tu)层(ceng)基体相(xiang)为(wei)枝晶状(zhuang)Ti2Ni；当(dang) Ni 含量(liang)较多时(shi)，涂(tu)层基(ji)体(ti)相(xiang)为ＴiNi[80]。TiNi 和(he)Ti2Ni 与(yu)其他(ta)金属(shu)间(jian)化(hua)合物(wu)相(xiang)比，并未(wei)表现出(chu)明(ming)显(xian)的脆(cui)性，以TiNi 和Ti2Ni 物相(xiang)为(wei)主的(de)涂层无明(ming)显裂纹存(cun)在，组织(zhi)较(jiao)为致(zhi)密(mi)，涂层与基体(ti)结合良好(hao)，但(dan)与Ti-ＡL 金属(shu)间化合(he)物(wu)复(fu)合(he)陶瓷涂(tu)层相比(bi)，涂层硬度(du)较低(di)(580~900 ＨＶ) [34，80]。
此(ci)外还(hai)有(you)研究较(jiao)少的(de) CO- Ni、Ni- ＡL 金属间(jian)化(hua)合(he)物(wu)基体(ti)相。 CO-Ni 金(jin)属间(jian)化合(he)物基(ji)体相在(zai)形成过(guo)程(cheng)中会(hui)同时(shi)生(sheng)成与基(ji)材物理(li)物理(li)性质、热力学性质差异较大CO-Ｔi 相(xiang)，导(dao)致涂(tu)层和(he)基(ji)材的(de)界面处(chu)产(chan)生(sheng)裂纹(wen)[81]。 Ni-ＡL 基金属间化(hua)合(he)物(wu)基(ji)体(ti)相具有(you)高(gao)温抗(kang)氧(yang)化与耐(nai)磨(mo)的优(you)点(dian)，但存在温室(shi)脆性大的缺点(dian)[82]。
3.3 不同(tong)基体相形成(cheng)的(de)涂(tu)层耐磨(mo)性(xing)能(neng)对(dui)比
由(you)于(yu)不同学者在(zai)测试(shi)涂层耐磨性能(neng)时(shi)采用(yong)了不同的摩擦试(shi)验(yan)条件(jian)(摩擦方式(shi)、摩擦(ca)副材(cai)质、载(zai)荷、摩擦(ca)时间等(deng))，因此(ci)他们(men)制备(bei)的(de)耐磨(mo)涂层无(wu)法直(zhi)接利(li)用磨(mo)损(sun)率(lv)、摩擦系(xi)数(shu)等试(shi)验结果(guo)进(jin)行比较(jiao)。 而显(xian)微(wei)硬度(du)在一定程度上(shang)可(ke)反(fan)映(ying)涂(tu)层(ceng)的耐磨(mo)性能，因(yin)此(ci)对不同(tong)种类耐(nai)磨(mo)涂(tu)层的(de)显(xian)微硬(ying)度进(jin)行(xing)了(le)整(zheng)理(li)总(zong)结，如表(biao) 4 所(suo)示。
4、自(zi)润滑相特征(zheng)对涂层耐(nai)磨(mo)性(xing)的影响(xiang)
采用(yong)激光(guang)熔(rong)覆(fu)技术制(zhi)备的自(zi)润(run)滑涂(tu)层以耐(nai)磨涂层的(de)组分(fen)为(wei)基础(chu)并增加(jia)了自润(run)滑(hua)相(xiang)，因此与(yu)耐磨涂层相比(bi)，自(zi)润(run)滑(hua)涂(tu)层(ceng)的摩(mo)擦系数更(geng)低(di)。
4.1 形(xing)成自(zi)润(run)滑(hua)相(xiang)的(de)材(cai)料(liao)
采(cai)用激(ji)光熔覆(fu)技术制备的自润滑涂(tu)层(ceng)中，一(yi)些常见(jian)的固体润(run)滑(hua)材(cai)料(liao)用于(yu)在(zai)激光熔覆(fu)过程中形(xing)成自润滑相(xiang)，主(zhu)要包(bao)括(kuo)石(shi)墨烯(xi)[84]、六(liu)方氮(dan)化(hua)硼(peng)(ｈ-ＢN) [66] 和各(ge)种(zhong)硫(liu)化(hua)物[85，86]。 石墨烯作为新(xin)型(xing)二(er)维材(cai)料具有强(qiang)度高、韧性(xing)与(yu)自润(run)滑性好的特(te)点(dian)[87，88]。 ｈ- ＢN 是具(ju)有(you)层状(zhuang)结(jie)构(gou)的六方晶(jing)系(xi)，层(ceng)与层(ceng)之(zhi)间(jian)由(you)范(fan)德华键(jian)相(xiang)连，因(yin)此是(shi)良好(hao)的(de)固(gu)体(ti)润滑(hua)材料[66，89]。 各种硫(liu)化(hua)物如(ru) MOＳ2、ＷＳ2、ＴiＳ、Ｔi2ＳC 属于层状(zhuang)结构、层与层之(zhi)间(jian)容易(yi)发(fa)生(sheng)剪切滑移，在(zai)中(zhong)低温(wen)干(gan)摩(mo)擦条件(jian)下形(xing)成(cheng)转移(yi)膜(mo)而具有(you)自(zi)润(run)滑效(xiao)果(guo)[85，86]。 但(dan)上(shang)述固体润(run)滑材料(liao)作为熔覆(fu)粉(fen)末都(dou)存(cun)在润(run)湿性(xing)差(cha)和(he)在(zai)激光(guang)的(de)高(gao)温(wen)作用(yong)下容(rong)易分解的(de)问(wen)题，因(yin)此自润滑(hua)相在(zai)涂(tu)层(ceng)中(zhong)的含量较(jiao)低[85，87－89]。 针对(dui)固(gu)体(ti)润(run)滑(hua)材料(liao)润(run)湿性差和(he)易(yi)分(fen)解的(de)问题(ti)，主(zhu)要有在熔覆粉(fen)末(mo)中(zhong)直(zhi)接(jie)添(tian)加(jia)固(gu)体(ti)润滑(hua)材(cai)料形成(cheng)自润(run)滑相(xiang)和(he)利用激光(guang)高温(wen)原位生成(cheng)自润(run)滑相(xiang) 2 种解决方(fang)法。
4.2 直(zhi)接(jie)添加(jia)自(zi)润(run)滑相
在熔覆(fu)粉(fen)末中直接(jie)添(tian)加固体润(run)滑(hua)材(cai)料需(xu)要采(cai)用低(di)激(ji)光(guang)功率(lv)与(yu)高(gao)扫(sao)描速(su)度的熔覆工(gong)艺(yi)参(can)数(shu)，避免固体(ti)润(run)滑(hua)材料在激光(guang)熔覆(fu)过(guo)程中(zhong)完全(quan)分解(jie)。 石(shi)皋莲等(deng)[66]研(yan)究了(le) Ni60＋ｈ-ＢN 粉末(mo)激光(guang)熔(rong)覆(fu)形成的(de)自润(run)滑涂(tu)层，未分(fen)解的(de) ｈ-ＢN 作为自润滑相，在(zai)高温(wen)干(gan)摩擦试验(yan)条件(jian)下，ｈ-ＢN颗粒(li)软(ruan)化并(bing)铺展形(xing)成(cheng)润滑转(zhuan)移(yi)膜(mo)，磨损(sun)量相比Ni60 粉(fen)末形成(cheng)的(de)涂(tu)层(ceng)有明(ming)显(xian)减(jian)少。 ＺｈａO 等[50]、ＺｈａNｇ等[84]选择(ze)钛(tai)＋石(shi)墨(mo)烯(xi)粉(fen)末(mo)在(zai)TC4 合金(jin)表面(mian)制(zhi)备(bei)自(zi)润(run)滑(hua)涂层(ceng)，在(zai)激(ji)光熔(rong)覆(fu)过(guo)程(cheng)中(zhong)，大(da)部(bu)分石墨烯(xi)与(yu)钛(tai)元素(su)反应(ying)生成了(le)TiC 硬质(zhi)相，少(shao)量石(shi)墨(mo)烯在高(gao)温(wen)下转化为石(shi)墨，少(shao)量(liang)石(shi)墨(mo)与(yu)未(wei)分(fen)解的石(shi)墨烯组成(cheng)了(le)自(zi)润滑相(xiang)。 在(zai)干摩擦(ca)试验(yan)中，自润滑相(xiang)与涂层表面(mian)硬(ying)质相(xiang)组成(cheng)的(de)机(ji)械(xie)混合(he)层降(jiang)低(di)了(le)摩(mo)擦(ca)副与(yu)涂(tu)层的接触应力，提高(gao)了涂(tu)层耐(nai)磨(mo)性[84]。
4.3 原位生成自润(run)滑(hua)相
利用激光高温(wen)原位(wei)反(fan)应(ying)的(de)自(zi)润(run)滑(hua)相(xiang)含量(liang)更(geng)高(gao)，具有更(geng)好(hao)的(de)减磨效果(guo)。 刘(liu)秀波等[85]、LiU 等[86] 以(yi) NiCｒ＋Cｒ3C2＋ＷＳ2粉末制备的(de)涂(tu)层原位生成(cheng)了Ti2ＳC＋CｒＳ 自(zi)润(run)滑(hua)相(xiang)，在室(shi)温至 600 ℃ 的(de)摩擦(ca)条(tiao)件下可以形(xing)成润(run)滑(hua)转移(yi)膜，降低摩(mo)擦(ca)系(xi)数(shu)、磨损(sun)率；而(er)以(yi)Ti＋ＴiC＋ＷＳ2粉末(mo)原(yuan)位生成了Ti2ＳC＋ＴiＳ 自润滑(hua)相(xiang)，涂层(ceng)在(zai)中低(di)温(wen)度下具(ju)有不(bu)错(cuo)的自润(run)滑效果(guo)，但在 500 ℃ 以(yi)上(shang)自润(run)滑(hua)相(xiang)会(hui)氧(yang)化(hua)失(shi)效(xiao)形(xing)成(cheng)氧(yang)化膜(mo)。
通常石(shi)墨烯(xi)在激(ji)光(guang)熔覆(fu)过(guo)程(cheng)中会(hui)优(you)先与(yu)Ti 元(yuan)素(su)反(fan)应(ying)生成(cheng)TiCｘ，因此石墨烯难(nan)以作为原(yuan)位生成(cheng)的自(zi)润(run)滑(hua)相(xiang)，ＷｅNｇ 等(deng)[90]通过(guo)调(diao)整粉(fen)末(mo)比例(li)、熔覆工(gong)艺(yi)参(can)数(shu)，采用Ni60＋Ｂ4C 粉末(mo)在(zai)TC4 表(biao)面进(jin)行激光熔覆，原位生(sheng)成(cheng)了与石(shi)墨烯(xi)结构类(lei)似的(de)球形石墨。 在(zai)激(ji)光(guang)熔覆过程(cheng)中(zhong)原(yuan)位生成(cheng)球形石墨(mo)自(zi)润(run)滑相的(de)机(ji)理(li)如图(tu) 7 所示，钛(tai)元(yuan)素(su)与(yu)碳(tan)元(yuan)素(su)生成(cheng)TiCｘ 后，多(duo)余碳原(yuan)子沿(yan)着(zhe)气(qi)泡与(yu)熔(rong)体(ti)的界(jie)面(mian)快(kuai)速(su)非(fei)平(ping)衡凝(ning)固形成球(qiu)形(xing)石(shi)墨，球形(xing)石(shi)墨使(shi)得涂(tu)层(ceng)的(de)摩(mo)擦(ca)系(xi)数降(jiang)低、耐(nai)磨性显著提(ti)高(gao)(涂层耐(nai)磨性是基体(ti)的(de) 43.67 倍(bei)) [90]。
5 、总结和(he)展望
综上(shang)，钛合(he)金(jin)表(biao)面激(ji)光熔(rong)覆(fu)制备(bei)耐磨(mo)和自(zi)润滑(hua)涂层能够(gou)有(you)效解决钛合金(jin)耐磨(mo)性(xing)差(cha)的(de)问题(ti)，其(qi)中(zhong)激(ji)光熔(rong)覆(fu)工艺(yi)与(yu)涂(tu)层(ceng)组分(fen)(硬质相、基体(ti)相(xiang)、自(zi)润滑(hua)相(xiang))是(shi)决定(ding)涂(tu)层(ceng)耐磨(mo)性(xing)的主要因素(su)。 激(ji)光(guang)熔覆(fu)工(gong)艺参(can)数设(she)定(ding)主要采(cai)用试错(cuo)的(de)方法(fa)进行(xing)多次试(shi)验(yan)确定(ding)熔(rong)覆工艺参(can)数(shu)；超(chao)声振动可显(xian)著减小涂(tu)层晶粒尺寸(cun)，而(er)对(dui)涂层(ceng)进(jin)行(xing)热(re)处理则(ze)可以(yi)有效(xiao)提(ti)高(gao)涂(tu)层的(de)断(duan)裂(lie)韧性。 硬质相是提(ti)高(gao)涂(tu)层(ceng)耐(nai)磨(mo)性(xing)的关(guan)键(jian)因素，采(cai)用(yong)原位(wei)生(sheng)成(cheng)法(fa)形成(cheng)的硬(ying)质相(xiang)具有(you)无(wu)裂(lie)纹(wen)、硬(ying)质相边缘(yuan)无(wu)破(po)碎的(de)小颗(ke)粒的优点(dian)，而被(bei)广泛用(yong)于耐(nai)磨涂层中(zhong)硬质(zhi)相(xiang)的(de)形(xing)成(cheng)。 镍(nie)基体(ti)相(xiang)和钛基(ji) 体相基(ji)具有良好的润湿性(xing)，可显(xian)著减少涂层的裂纹(wen)、气(qi)孔(kong)缺陷，提高(gao)涂(tu)层的综合(he)性(xing)能(neng)。 自润滑相(xiang)的(de)形(xing)成需(xu)要(yao)在熔覆(fu)粉(fen)末中添加(jia)能够原位生(sheng)成(cheng)自润滑(hua)相的材(cai)料，避免(mian)自润滑(hua)相在(zai)激光高温作(zuo)用下(xia)大量分(fen)解(jie)。
为了(le)进(jin)一步提(ti)高激光熔(rong)覆技术(shu)制(zhi)备(bei)的耐磨和(he)自润滑(hua)涂层(ceng)的耐(nai)磨性(xing)能(neng)，今后的(de)研究重(zhong)点(dian)应(ying)集中(zhong)在以下几个(ge)方面。 首先(xian)，建(jian)立能够(gou)综合考虑(lv)各(ge)种(zhong)因(yin)素(激(ji)光(guang)器(qi)类(lei)型、熔(rong)覆(fu)粉(fen)末(mo)类(lei)型和(he)尺(chi)寸(cun)等因素)的数(shu)学(xue)模型用于(yu)设(she)定(ding)熔(rong)覆(fu)工艺(yi)参(can)数(shu)，使(shi)得(de)涂层耐磨(mo)性(xing)能(neng)达(da)到最(zui)佳(jia)。 其(qi)次，开(kai)发更(geng)多的熔覆粉(fen)末材(cai)料，以(yi)解(jie)决涂(tu)层中(zhong)硬(ying)质相和(he)自(zi)润滑相含量占比偏低(di)的问(wen)题。 最后(hou)，深入研(yan)究不(bu)同(tong)熔(rong)覆粉末在(zai)激光熔覆(fu)过(guo)程发生的各种复杂化(hua)学(xue)反(fan)应(ying)，进(jin)一步(bu)提(ti)高(gao)涂(tu)层耐磨性。
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