TC4合金激光熔覆材料的研究现状

来源期刊：材料导报2020年第15期

论文作者：谭金花 孙荣禄 牛伟 刘亚楠 郝文俊

文章页码：15132 - 15137

关键词：TC4钛合金;激光熔覆;熔覆材料;耐磨性;

摘    要：TC4合金属于（α+β）双相合金,具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀、无磁、相容性好等优点,被广泛应用于航空航天领域。但是TC4合金硬度低、耐磨性差的缺点在很大程度上限制了其应用与推广,因此对TC4合金进行表面改性具有重要意义。激光熔覆是新型的表面改性技术,由于其具有可加工材料广泛、效率高、熔覆层与基体相容性好、节省材料、环保、无污染等优点,在TC4合金表面改性领域获得了广泛的应用。利用激光熔覆技术对TC4合金进行表面改性始于20世纪80年代,经过近40年的探索,学者们发现影响熔覆层质量与性能的因素有激光熔覆材料、激光工艺参数以及工艺处理条件等。在考察各种因素对熔覆层的影响后发现,激光熔覆材料对熔覆层的质量与性能起到决定性作用。根据材料成分构成可以将熔覆材料分为金属及金属合金粉末、陶瓷粉末、纳米陶瓷粉末、金属-陶瓷复合粉末及其他粉末。其中,金属及其合金具有极高的硬度,但是不耐高温,适合在400～900℃下使用。陶瓷材料具有高硬度、高熔点等特点,在激光熔覆过程中可以作为增强相使用,但是其韧性低,易产生裂纹,而纳米陶瓷材料可有效缓解界面应力集中,减少熔覆层中的裂纹、气孔等缺陷。金属-陶瓷复合材料可以借助激光熔覆技术将金属的强韧性和陶瓷材料的耐磨、耐高温性结合起来,是目前激光熔覆领域的研究热点。其他熔覆材料如稀土及其氧化物粉末、固体润滑剂粉末、包覆型粉末等具有特定的性能,在熔覆粉末中添加少量此类粉末可以显著改善其熔覆层性能。本文概述了近年来学者通过改变熔覆粉末成分来改善TC4合金表面性能的研究成果,对熔覆粉末进行了分类,介绍了各类粉末的优缺点和应用场合,指出了TC4合金表面改性存在的主要问题（开裂问题）,分析了裂纹产生的原因并提出了相应的解决方案。