长安大学RMHM钛合金表面WC耐磨带的设计和制备

　　WC-Co硬质合金由高熔点碳化物WC作为硬质骨架，辅以过渡族元素Co作为软质相，是全球应用最广泛的粉末冶金产品之一。WC-Co硬质合金与钛合金的热膨胀系数与相近，其作为增强相是降低材料热错配引起拉应力的有效方法。因此，WC被认为是改善钛合金表面性能的理想材料。一种传统的改善钛合金性能的表面处理方法是采用HVOF喷涂技术沉积制备金属基陶瓷复合涂层。然而，由于与大气环境中的氧气直接接触，高温下氧化作用造成WC脱碳生成CO2气体，在快速冷却过程中气体无法及时逸散而保留在涂层中形成气孔，对涂层与基体的结合力有强烈的负面影响。现阶段迫切需要找到一种表面处理技术，在不影响涂层与基体的结合力的同时提高钛合金表面耐磨性能。
　　长安大学陈永楠教授团队设计并在钛合金表面采用激光熔覆技术制备了一种WC-Co金属基陶瓷复合涂层，有效避免了涂层中气孔的形成，同时WC-Co涂层与基体冶金结合从而提高了钛合金表面的耐磨性能。相关论文以题为＂On enhancingwear resistance of titanium alloys by laser cladded WC-Co composite coatings＂发表在International Journal of REFRACTORY METALS & HARD MATERIALS。
　　研究成果来自于长安大学轻合金表面强化研究团队，该团队长期从事铝、镁和钛合金等表面激光表面处理、微弧氧化及特种电镀等技术研究及装备研制。论文第一作者为长安大学副教授姜超平和张珺硕士，通讯作者为长安大学陈永楠教授和李尧及张凤英教授，合作者还包括长安大学赵秦阳博士，西部钛业有限责任公司的侯智敏教授，中国石油天然气集团公司管材研究所的朱丽霞教授，及西北有色金属研究院的赵永庆教授等。
　　论文链接：
　　https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2022.105902
　　本研究在钛合金表面通过激光熔覆技术制备了WC-Co金属基陶瓷复合涂层，全面研究了复合涂层的相组成、显微组织演变、显微硬度和磨损行为。研究表明，致密化程度较高的WC-Co复合涂层与基体之间存在良好的冶金结合。此外，在2000 W激光功率下，由于良好的冶金结合和复合涂层的精细组织的协同作用，获得了相当高的显微硬度，高达1536 HV0.5，磨损率为1.5 g/h。根据研究结果，建立了激光熔覆WC-Co复合材料的工艺-结构-性能规律性关系。
　　图1 (a) 1400w WC-Co复合涂层的BSE图像和相应的EDS测量结果;(b) ~ (c)不同区域成分的定性EDS分析(点模式)。
　　图2 (a) ~(d) 残余WC晶粒形貌;(e)残余WC晶粒粒径分布统计结果。
　　图3 复合涂层表面磨损形貌:(a) 1400 W;(b) 1600 W;(c) 1800 W;(d) 2000 W。
　　本研究设计了一种采用激光熔覆WC-17Co球形粉末提升钛合金性能的表面处理新方法。在钛合金表面形成了与基体冶金结合，且耐磨性优异的金属基陶瓷复合涂层。例如，激光功率2000 W时涂层显微硬度高达1536 HV0.5，磨损率为1.5 g/h。预计激光熔覆工艺可以应用于铝、镁合金等轻合金的表面强化处理并广泛的在工程领域得到应用。
　　*感谢论文作者团队对本文的支持。
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