Page 128 - 《摩擦学学报》2021年第3期

第 3 期 祝杨, 等: Ti6Al4V合金激光熔覆Ti 3 SiC 2 增强Ni60复合涂层组织与摩擦学性能 417

N2 TiC TiB Ti 3 SiC 2 Ti 5 Si 3 +10TiC+2Si → 5Ti 3 SiC 2 ∆G = −495.44kJ (2)
N1 γ-Ni Ti x Ni y
∆G = −404.23kJ (3)
Ti 5 Si 3 +4TiC+2C → 3Ti 3 SiC 2
∆G = −387.57kJ (4)
Ti 5 Si 3 +7TiC+SiC → 4Ti 3 SiC 2
Intensity 图3是复合涂层截面中部区域显微形貌及其典型
组织，可以观察到涂层各区域组织分布基本均匀，主
要包括深色块状组织(A、D)，连续相(B、E)和灰色不规
则组织(C、F). 根据表4所列图3中各典型组织EDS结
20 30 40 50 60 70 80 果，同时结合图2中N1、N2涂层的XRD图谱分析可知：
2θ/(°)
深色块状组织(A、D)中，Ti、B两种元素质量分数均在
Fig. 2 XRD patterns of N1, N2 coatings
40%以上，推测其为TiB. 连续相(B、E)主要包含Ti和
图 2 N1、N2涂层的XRD图谱
Ni元素，且有B、C、Al、V、Cr、Si和Fe元素，推测其为含
中，由于Ti和C、B的亲和力较好，且Ti与C的亲和力更 有各种金属元素的γ-Ni固溶体和金属间化合物Ti Ni .
x y
[14]
好，因此快速凝固熔池中先生成TiC，再生成TiB . 灰色不规则组织(C、F)主要有C、Si和Ti元素，形状呈
XRD图谱中并未观测到TiB ，是因为B元素全部来自 针 状 、 片 状 、 球 状 以 及 枝 晶 状 等 ， 因 此 推 测 其 为
2
于Ni60粉末，含量远远少于Ti，Ti与B生成TiB 后， TiC/Ti SiC 混合组织 [16-17] ，其中组织C中检测出较多
3
2
2
TiB 又与Ti反应生成TiB，因此没有TiB 2 [15] ；而涂层中 Ni元素是由于检测区域内存在大量γ-Ni相.
2

没有出现多余的硅化物是由于Ti SiC 在熔池中的含 2.2 显微硬度分析
2
3
量较低，分解产生的Ti Si 进行了式(2~4)的化学反应， 根据图4结果可计算得到N1、N2涂层平均显微硬
5
3
重新形成了新的润滑相以及部分融入γ-Ni固溶体中. 度 分 别 为 1 101.90HV 和 1 037.23HV ， 均 为 基 体
0.5
0.5
由热力学理论可知，以下化学反应式的Gibbs值均小 (350HV )的3倍左右. 原因可以归结如下：一是随着
0.5
[9]
于0，可以自发反应 . 熔池中产生的强对流作用，复合涂层中生成的硬质相
D
B
A

E F

C
20 μm 20 μm
(a) N1 (b) N2

Fig. 3 SEM morphology of the middle region of the composite coatings
图 3 复合涂层中部区域显微形貌的SEM照片

表 4 图3典型组织的EDS结果
Table 4 EDS results of typical microstructures in Fig. 3

Atomic percentage/%
Area
B C Al Si Ti V Cr Fe Ni
A 45.22 1.31 0.12 0.32 47.46 1.52 1.84 0.31 1.88
B 1.66 4.99 1.64 1.04 20.23 1.03 4.49 2.19 62.73
C 1.85 14.63 0.39 11.46 28.92 1.55 4.34 3.23 33.62
D 40.14 1.46 0.12 0.23 52.46 2.28 2.03 0.10 1.16
E 2.45 4.35 0.40 1.95 24.73 0.88 6.37 1.93 56.94
F 2.50 12.71 0.07 14.04 56.11 3.35 0.56 2.10 8.58