前言

鈦合金(jin)因具有(you)輕質、比強度(du)高(gao)、耐(nai)腐蝕(shi)與(yu)生(sheng)物(wu)(wu)相容性(xing)好等特點，被廣泛應(ying)用(yong)于航(hang)空航(hang)天、海洋工程和(he)生(sheng)物(wu)(wu)醫學等領(ling)域[1-5]。在這些應(ying)用(yong)領(ling)域中，鈦合金(jin)不可避免(mian)地存(cun)在摩擦與(yu)磨損(sun)問題，鈦合金(jin)較差的耐(nai)磨性(xing)會嚴(yan)重影響其作為工作部件的可靠性(xing)與(yu)服役壽命(ming)。

表(biao)面(mian)(mian)改性技(ji)(ji)(ji)術是提(ti)高鈦(tai)合(he)(he)金耐磨(mo)(mo)性的主要(yao)方(fang)法，現有(you)表(biao)面(mian)(mian)改性技(ji)(ji)(ji)術主要(yao)包括物理氣(qi)(qi)相沉積(ji)(ji)[6]、化學氣(qi)(qi)相沉積(ji)(ji)[7]、噴涂(tu)[8]、滲氮[9]、滲碳[10]、微弧氧化[11]等，但(dan)是這(zhe)些(xie)技(ji)(ji)(ji)術通常存在涂(tu)層與(yu)基材(cai)結合(he)(he)力(li)差、涂(tu)層厚度較薄以及苛刻摩擦磨(mo)(mo)損條(tiao)件下(xia)涂(tu)層易剝落(luo)等問(wen)題[12，13]。而與(yu)以上技(ji)(ji)(ji)術相比，激光熔覆技(ji)(ji)(ji)術具有(you)制備涂(tu)層組織致密(mi)且厚度不(bu)受限制，涂(tu)層與(yu)基材(cai)結合(he)(he)強度高、不(bu)易剝落(luo)等優點，廣泛(fan)用于提(ti)高鈦(tai)合(he)(he)金表(biao)面(mian)(mian)的耐磨(mo)(mo)性。

采用激(ji)光熔(rong)(rong)覆(fu)技術提高(gao)鈦合(he)金(jin)表(biao)面(mian)(mian)耐(nai)(nai)磨性(xing)的主要方法(fa)是(shi)在鈦合(he)金(jin)表(biao)面(mian)(mian)制備(bei)耐(nai)(nai)磨和(he)自(zi)(zi)潤(run)滑(hua)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。在鈦合(he)金(jin)表(biao)面(mian)(mian)制備(bei)耐(nai)(nai)磨和(he)自(zi)(zi)潤(run)滑(hua)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的過程中，通過調整熔(rong)(rong)覆(fu)工(gong)藝(yi)參數，使(shi)得熔(rong)(rong)覆(fu)粉末在激(ji)光高(gao)溫(wen)作用下快(kuai)速熔(rong)(rong)化、凝固(gu)形成缺陷較少的涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，因(yin)此，激(ji)光熔(rong)(rong)覆(fu)工(gong)藝(yi)是(shi)決定(ding)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)磨性(xing)的重(zhong)要因(yin)素(su)[14]。除(chu)此之外(wai)，涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的組分也是(shi)影響涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)磨性(xing)的重(zhong)要因(yin)素(su)。耐(nai)(nai)磨涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)由(you)硬質(zhi)相(xiang)和(he)基(ji)體(ti)相(xiang)組成，自(zi)(zi)潤(run)滑(hua)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)由(you)硬質(zhi)相(xiang)、基(ji)體(ti)相(xiang)和(he)自(zi)(zi)潤(run)滑(hua)相(xiang)組成。硬質(zhi)相(xiang)能(neng)(neng)(neng)夠提高(gao)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的硬度進而提高(gao)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)磨性(xing)；基(ji)體(ti)相(xiang)能(neng)(neng)(neng)夠提高(gao)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)韌性(xing)與潤(run)濕性(xing)進而提高(gao)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的綜合(he)性(xing)能(neng)(neng)(neng)；自(zi)(zi)潤(run)滑(hua)相(xiang)則能(neng)(neng)(neng)夠減小涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)摩(mo)擦系(xi)數進而提高(gao)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)減磨性(xing)。因(yin)此本文綜述(shu)了(le)激(ji)光熔(rong)(rong)覆(fu)工(gong)藝(yi)和(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)組分(硬質(zhi)相(xiang)、基(ji)體(ti)相(xiang)和(he)自(zi)(zi)潤(run)滑(hua)相(xiang))特征對涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)磨性(xing)的影響規律。

1、激光熔覆工藝對涂層耐磨性的影響

采用激光(guang)(guang)熔覆技術制備的耐(nai)磨(mo)和自潤滑涂(tu)層與基(ji)體的物理(li)性(xing)質(彈(dan)性(xing)模量(liang)、熱(re)膨(peng)脹系數(shu)、熔點等)存在較大(da)差異，因此涂(tu)層易出現裂紋、氣(qi)孔等缺(que)陷。合適的激光(guang)(guang)熔覆工藝可以減少涂(tu)層中的各種缺(que)陷，提高涂(tu)層的耐(nai)磨(mo)性(xing)。激光(guang)(guang)熔覆工藝包括熔覆工藝參(can)數(shu)和輔助(zhu)工藝，熔覆工藝參(can)數(shu)主(zhu)要包括激光(guang)(guang)功率、掃描速度、光(guang)(guang)斑直徑、比能量(liang)等參(can)數(shu)。

1.1激光功率

激(ji)(ji)光(guang)功(gong)率(lv)大小對(dui)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)宏觀形(xing)貌(mao)、缺陷(xian)(xian)、組織、硬度(du)有顯著的影響(xiang)[15-17]。崔愛永等[18]研究了(le)激(ji)(ji)光(guang)功(gong)率(lv)大小對(dui)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)宏觀形(xing)貌(mao)的影響(xiang)(見表1)，由表1可(ke)知，涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的稀釋率(lv)、熔池的深度(du)隨著激(ji)(ji)光(guang)功(gong)率(lv)增大而增大，而涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的宏觀形(xing)貌(mao)基本不(bu)受激(ji)(ji)光(guang)功(gong)率(lv)大小的影響(xiang)。翁(weng)飛[19]研究了(le)激(ji)(ji)光(guang)功(gong)率(lv)對(dui)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)缺陷(xian)(xian)的影響(xiang)，發現較(jiao)低的激(ji)(ji)光(guang)功(gong)率(lv)使(shi)得熔池中(zhong)的氣(qi)(qi)體來不(bu)及逸出形(xing)成氣(qi)(qi)孔(kong)缺陷(xian)(xian)；較(jiao)高(gao)的激(ji)(ji)光(guang)功(gong)率(lv)使(shi)得熔覆(fu)材料充分熔融、氣(qi)(qi)孔(kong)缺陷(xian)(xian)減少。

馬永[20]研究了(le)激(ji)光功(gong)(gong)率對涂層組(zu)(zu)織和硬(ying)度的影響，發現高(gao)激(ji)光功(gong)(gong)率使得(de)涂層組(zu)(zu)織致(zhi)密、分布(bu)均勻、硬(ying)度提高(gao)。通常情(qing)況下，激(ji)光功(gong)(gong)率大小的選擇原則是在保證(zheng)涂層形貌(mao)較為平整、涂層稀釋率低(di)于(yu)5％的情(qing)況下，盡可能提高(gao)激(ji)光功(gong)(gong)率[12]。

1.2掃描速度

掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)會(hui)影響(xiang)熔覆(fu)(fu)粉(fen)末(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)熔化狀(zhuang)態，進而影響(xiang)涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)耐磨(mo)性(xing)。掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)較(jiao)低時，熔覆(fu)(fu)粉(fen)末(mo)(mo)能夠充(chong)分熔融；而掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)過(guo)低則(ze)會(hui)導致(zhi)熔覆(fu)(fu)粉(fen)末(mo)(mo)過(guo)燒、粉(fen)末(mo)(mo)中的(de)(de)(de)(de)合金元素蒸(zheng)發；掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)過(guo)高則(ze)會(hui)導致(zhi)熔覆(fu)(fu)粉(fen)末(mo)(mo)不能完全熔化[12，16，21]。Ｌｉ等[22]研究(jiu)了(le)掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)對Ｔｉ＋ＴｉＢＣＮ熔覆(fu)(fu)粉(fen)末(mo)(mo)制備(bei)的(de)(de)(de)(de)涂(tu)層(ceng)(ceng)稀釋率(lv)、耐磨(mo)性(xing)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)規(gui)律，結果如圖1所示，隨(sui)著掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)增加，涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)稀釋率(lv)降低、顯微硬(ying)度(du)(du)(du)先增大(da)后減(jian)小(xiao)，摩擦系(xi)數、磨(mo)損(sun)質(zhi)量損(sun)失和磨(mo)損(sun)體積(ji)先減(jian)小(xiao)后增大(da)，當掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)為7ｍｍ/ｓ時，涂(tu)層(ceng)(ceng)綜合性(xing)能最優(you)。而譚金花等[23]研究(jiu)了(le)掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)對ＴＣ4＋Ｎｉ60＋ｈ-ＢＮ熔覆(fu)(fu)粉(fen)末(mo)(mo)制備(bei)的(de)(de)(de)(de)涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)規(gui)律，結果表(biao)明掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)為10ｍｍ/ｓ的(de)(de)(de)(de)涂(tu)層(ceng)(ceng)綜合性(xing)能最優(you)。因此在不同的(de)(de)(de)(de)熔覆(fu)(fu)粉(fen)末(mo)(mo)體系(xi)中，最優(you)的(de)(de)(de)(de)掃(sao)(sao)描(miao)(miao)(miao)速(su)(su)(su)度(du)(du)(du)存(cun)在差異。

1.3光斑直徑和比能量

光(guang)(guang)(guang)斑(ban)直(zhi)徑(jing)(jing)決定了(le)涂層(ceng)熔池寬(kuan)度(du)與(yu)光(guang)(guang)(guang)斑(ban)單位面積上的(de)能(neng)量輸(shu)入。大光(guang)(guang)(guang)斑(ban)直(zhi)徑(jing)(jing)可以增加(jia)熔池寬(kuan)度(du)，但(dan)降(jiang)低了(le)能(neng)量輸(shu)入，而小光(guang)(guang)(guang)斑(ban)直(zhi)徑(jing)(jing)使得涂層(ceng)缺陷減少(shao)、組織(zhi)致密(mi)，但(dan)會導致激光(guang)(guang)(guang)熔覆時(shi)間增加(jia)，不利(li)于激光(guang)(guang)(guang)熔覆技術(shu)的(de)工業(ye)化應用(yong)[24，25]。

為了研究光斑直徑Ｄ、掃描速度ｖ和激光功率Ｐ三者對涂層的共同作用效果，研究人員提出了比能量Ｅ的概念，比能量Ｅ表示涂層單位面積受到激光照射能量的大小(Ｅ＝Ｐ/ＤＶ)[12]。Ｓｕｉ等[26]研究了比能量對Ｔｉ3Ａｌ復合ＴｉＮ＋Ｔｉ3ＡｌＮ涂層的影響規律，結果表明比能量增加會提高涂層綜合性能，但涂層稀釋率也會增加；比能量減小則會導致涂層組織分布不均勻、缺陷增加；比能量為58.3Ｊ/ｍｍ2時，涂層氣孔、裂紋缺陷最少、耐磨性能最優。但是Ｌｉｕ等[27]研究了比能量對ＴｉＣ＋ＴｉＢ2涂層的影響，結果表明比能量為45Ｊ/ｍｍ²的(de)涂(tu)層(ceng)耐磨性(xing)能(neng)最優。在不同的(de)熔(rong)(rong)覆材(cai)料體系中，熔(rong)(rong)覆材(cai)料的(de)類型、粉末尺(chi)寸存在差(cha)異，使得涂(tu)層(ceng)達到最佳性(xing)能(neng)所需(xu)的(de)能(neng)量(liang)不同，因此(ci)比能(neng)量(liang)只能(neng)在相似的(de)熔(rong)(rong)覆材(cai)料體系中作為(wei)參考。

1.4輔助工藝

激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)的(de)(de)(de)輔助(zhu)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)包括引(yin)入旋轉磁(ci)場、超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)振(zhen)動(dong)和(he)后熱處(chu)理(li)(li)等(deng)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)。引(yin)入旋轉磁(ci)場可(ke)以(yi)減小(xiao)熔(rong)池深度(du)和(he)寬度(du)，而對涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)宏觀(guan)形(xing)貌(mao)、耐磨(mo)(mo)性(xing)的(de)(de)(de)影響(xiang)較小(xiao)[28]。合適的(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)振(zhen)動(dong)功率可(ke)以(yi)顯著降低(di)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)晶粒(li)尺寸，王(wang)維等(deng)[29]研究發現2.2Ｗ的(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)振(zhen)動(dong)使得涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)宏觀(guan)形(xing)貌(mao)更加平整(zheng)，相比無超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)振(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)，晶粒(li)尺寸減小(xiao)了(le)約(yue)42％。后熱處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)可(ke)降低(di)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)殘余應力，同(tong)時提高涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)斷(duan)裂(lie)韌性(xing)[30-33]。但(dan)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)后熱處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)對涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)耐磨(mo)(mo)性(xing)的(de)(de)(de)影響(xiang)存在(zai)差異。Ｌｉ等(deng)[31]將激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)制備(bei)(bei)好的(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(主要由ＷＣ、Ｗ2Ｃ、α-Ｔｉ、Ｔｉ2Ｎｉ和(he)ＴｉＮｉ組成(cheng))進行熱處(chu)理(li)(li)，在(zai)500℃下(xia)分別保溫(wen)1ｈ和(he)2ｈ，然后在(zai)空氣中冷卻，涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)顯微硬(ying)度(du)、耐磨(mo)(mo)性(xing)略(lve)有降低(di)。而Ｃｈｅｎ等(deng)[32]將制備(bei)(bei)好的(de)(de)(de)鈦基復合ＴｉＣ＋ＴｉＢ涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)進行熱處(chu)理(li)(li)，在(zai)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(400℃、600℃和(he)800℃)下(xia)保溫(wen)3ｈ，然后在(zai)空氣中冷卻，隨(sui)著熱處(chu)理(li)(li)溫(wen)度(du)升高，涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)、耐磨(mo)(mo)性(xing)提高。

2、硬質相特征對涂層耐磨性的影響

鈦合(he)金表(biao)面(mian)激光(guang)熔(rong)覆制(zhi)(zhi)備的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)磨涂(tu)層(ceng)(ceng)通常(chang)由硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與基體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組成(cheng)。涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)磨性(xing)主(zhu)要由硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)含(han)量(liang)、特征和(he)形(xing)成(cheng)方(fang)(fang)式(shi)決定。硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)含(han)量(liang)占比(bi)越高，涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)磨性(xing)越好，但硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)含(han)量(liang)占比(bi)過高會(hui)導致涂(tu)層(ceng)(ceng)產生大面(mian)積裂紋，甚至剝落(luo)。在(zai)硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)含(han)量(liang)受到限制(zhi)(zhi)的(de)(de)情況下(xia)，硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)特征與形(xing)成(cheng)方(fang)(fang)式(shi)成(cheng)為(wei)決定涂(tu)層(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)(nai)磨性(xing)的(de)(de)關鍵因(yin)素(su)[34-36]。硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)形(xing)成(cheng)方(fang)(fang)式(shi)有在(zai)熔(rong)覆粉(fen)末中(zhong)直接添加硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)顆粒和(he)利用激光(guang)高溫原位(wei)生成(cheng)硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)2種方(fang)(fang)法。本文按照硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)形(xing)成(cheng)方(fang)(fang)式(shi)的(de)(de)不(bu)同，分別介紹了不(bu)同類型硬(ying)(ying)(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)影(ying)響情況。

2.1直接添加硬質相

直(zhi)接添加(jia)(jia)硬質(zhi)相(xiang)的(de)方(fang)法是直(zhi)接添加(jia)(jia)高(gao)(gao)(gao)熔(rong)(rong)(rong)點陶(tao)瓷(ci)相(xiang)作為(wei)熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)粉末(mo)，在激(ji)光(guang)熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)過程(cheng)中采用(yong)較(jiao)小的(de)激(ji)光(guang)功率和較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)掃描速度來避免陶(tao)瓷(ci)相(xiang)大量分(fen)(fen)解，激(ji)光(guang)熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)結(jie)束后(hou)未分(fen)(fen)解的(de)陶(tao)瓷(ci)相(xiang)作為(wei)涂(tu)(tu)層硬質(zhi)相(xiang)，提(ti)高(gao)(gao)(gao)涂(tu)(tu)層耐磨(mo)性。常見的(de)高(gao)(gao)(gao)熔(rong)(rong)(rong)點陶(tao)瓷(ci)相(xiang)主要有ｃ-ＢＮ(立方(fang)氮化硼)[21，37]、ＷＣ[35]等(deng)。Ｓａｍａｒ等(deng)[35]選(xuan)擇ＷＣ＋ＮｉＣｒＢＳｉ粉末(mo)進行激(ji)光(guang)熔(rong)(rong)(rong)覆(fu)，如圖2所示，涂(tu)(tu)層中ＷＣ顆粒(li)的(de)顯微硬度高(gao)(gao)(gao)達3338ＨＶ，顯著提(ti)高(gao)(gao)(gao)了(le)(le)(le)涂(tu)(tu)層的(de)耐磨(mo)性，但是ＷＣ顆粒(li)邊緣受激(ji)光(guang)高(gao)(gao)(gao)溫影響分(fen)(fen)解產生了(le)(le)(le)許多(duo)小顆粒(li)，增大了(le)(le)(le)涂(tu)(tu)層開裂(lie)傾向。

Ｆｕ等[38]采用(yong)(yong)包覆(fu)的方法改善了直(zhi)接添(tian)加(jia)硬質(zhi)相在激光(guang)高溫作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下容易分解產生(sheng)裂(lie)紋的問題。如圖(tu)3所示，無包覆(fu)的ｃ-ＢＮ顆粒(li)在激光(guang)高溫作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下分解產生(sheng)裂(lie)紋，在干摩(mo)擦試驗過程中(zhong)，裂(lie)紋導致(zhi)部(bu)分ｃ-ＢＮ顆粒(li)破裂(lie)形成磨粒(li)磨損，涂(tu)層出現窄而(er)深(shen)的磨痕(hen)。而(er)采用(yong)(yong)Ｎｉ包覆(fu)ｃ-ＢＮ顆粒(li)的熔覆(fu)粉末(mo)經過激光(guang)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)后，ｃ-ＢＮ顆粒(li)幾乎(hu)無裂(lie)紋產生(sheng)，涂(tu)層的耐磨性顯著(zhu)提升[38]。

2.2原位生成硼(peng)化物陶瓷相

直接添加(jia)硬(ying)(ying)質(zhi)相(xiang)(xiang)顆粒的方法(fa)易產(chan)(chan)生(sheng)裂紋，對(dui)硬(ying)(ying)質(zhi)相(xiang)(xiang)顆粒增(zeng)加(jia)包覆(fu)層雖然會減少(shao)裂紋的產(chan)(chan)生(sheng)，但是(shi)存在可(ke)包覆(fu)材料種類少(shao)、成(cheng)本增(zeng)加(jia)的問題。而采用原位(wei)(wei)生(sheng)成(cheng)的方法(fa)則不存在上述問題，原位(wei)(wei)生(sheng)成(cheng)硬(ying)(ying)質(zhi)相(xiang)(xiang)是(shi)利用激(ji)光高溫作用使得熔(rong)覆(fu)粉末在熔(rong)化狀態(tai)發生(sheng)原位(wei)(wei)反應生(sheng)成(cheng)硬(ying)(ying)質(zhi)相(xiang)(xiang)。原位(wei)(wei)生(sheng)成(cheng)的硬(ying)(ying)質(zhi)相(xiang)(xiang)主(zhu)要有硼化物陶(tao)瓷(ci)相(xiang)(xiang)、碳(tan)化物陶(tao)瓷(ci)相(xiang)(xiang)、氧化物陶(tao)瓷(ci)相(xiang)(xiang)等。

硼化(hua)物陶瓷導熱率(lv)較(jiao)高(gao)、高(gao)溫穩定性好，同時(shi)具(ju)有高(gao)硬耐(nai)磨(mo)(mo)的(de)特點[36]。采用激光熔(rong)覆技術制(zhi)備的(de)耐(nai)磨(mo)(mo)涂(tu)層(ceng)中硼化(hua)物陶瓷相(xiang)主(zhu)(zhu)要為(wei)ＴｉＢ2、ＴｉＢ陶瓷相(xiang)[39，40]。生(sheng)成ＴｉＢ2、ＴｉＢ陶瓷相(xiang)的(de)反(fan)應(ying)(ying)吉布斯自(zi)由能和反(fan)應(ying)(ying)生(sheng)成焓都(dou)為(wei)負值(zhi)且都(dou)為(wei)放熱反(fan)應(ying)(ying)，因此(ci)(ci)ＴｉＢ2、ＴｉＢ陶瓷相(xiang)在(zai)涂(tu)層(ceng)中一般會(hui)同時(shi)出現，此(ci)(ci)外生(sheng)成ＴｉＢ反(fan)應(ying)(ying)的(de)吉布斯自(zi)由能更低(di)，在(zai)反(fan)應(ying)(ying)充分的(de)情(qing)況下，生(sheng)成ＴｉＢ的(de)反(fan)應(ying)(ying)更容易發生(sheng)[41-44]。如圖4所示，ＴｉＢ相(xiang)形(xing)(xing)貌趨向(xiang)六(liu)邊形(xing)(xing)針狀(zhuang)，ＴｉＢ2相(xiang)形(xing)(xing)貌趨向(xiang)六(liu)邊形(xing)(xing)板塊狀(zhuang)[41]。劉頔等[45]制(zhi)備了(le)以ＴｉＢ、ＴｉＮ為(wei)主(zhu)(zhu)要硬質相(xiang)的(de)耐(nai)磨(mo)(mo)涂(tu)層(ceng)，干摩擦試驗表明ＴｉＢ、ＴｉＮ具(ju)有釘扎強化(hua)作(zuo)用而顯著抑(yi)制(zhi)了(le)硬質相(xiang)顆粒(li)的(de)剝(bo)落(luo)，提高(gao)了(le)涂(tu)層(ceng)耐(nai)磨(mo)(mo)性。

2.3原(yuan)位生成碳化(hua)物陶(tao)瓷相

原位生成碳(tan)(tan)化物(wu)陶(tao)瓷相(xiang)主(zhu)要(yao)為(wei)(wei)(Ｔｉ，Ｗ)Ｃ1-ｘ[46]、ＴｉＣｘ[47]等。在熔覆涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)形(xing)成過程(cheng)中(zhong)，當熔池中(zhong)含(han)有鈦(tai)(tai)、碳(tan)(tan)和(he)(he)鎢元素(su)(su)時(shi)(shi)，碳(tan)(tan)元素(su)(su)優先(xian)與鈦(tai)(tai)元素(su)(su)反應(ying)(ying)生成ＴｉＣｘ，當碳(tan)(tan)元素(su)(su)過飽和(he)(he)時(shi)(shi)才(cai)(cai)會(hui)和(he)(he)鎢元素(su)(su)反應(ying)(ying)生成ＷＣ，然后ＷＣ和(he)(he)ＴｉＣｘ反應(ying)(ying)生成單一固(gu)溶體(Ｔｉ，Ｗ)Ｃ1-ｘ，因(yin)此(Ｔｉ，Ｗ)Ｃ1-ｘ在涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)中(zhong)的(de)(de)(de)含(han)量(liang)極低(di)，對涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)耐磨(mo)性的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響較(jiao)小[46，48]。ＴｉＣｘ陶(tao)瓷硬度高(gao)(gao)、彈性模量(liang)高(gao)(gao)、熱力(li)學(xue)參數和(he)(he)物(wu)理參數與鈦(tai)(tai)合金相(xiang)近，因(yin)此是激光熔覆制(zhi)備(bei)耐磨(mo)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)中(zhong)應(ying)(ying)用較(jiao)多的(de)(de)(de)硬質相(xiang)[46]。ＴｉＣｘ是非定計量(liang)比(bi)化合物(wu)，受激光熔覆工藝快速(su)熔化快速(su)凝固(gu)特點的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響，ＴｉＣｘ形(xing)貌(mao)各(ge)異，如圖(tu)5所(suo)示，ＴｉＣｘ有枝晶狀(zhuang)、花(hua)瓣狀(zhuang)、球形(xing)或不規(gui)則(ze)形(xing)狀(zhuang)等，但不同形(xing)貌(mao)的(de)(de)(de)ＴｉＣｘ對涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)耐磨(mo)性的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響還(huan)缺乏深入的(de)(de)(de)研究[49]。Ｚｈａｏ等[50]制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)以ＴｉＣｘ為(wei)(wei)硬質相(xiang)的(de)(de)(de)耐磨(mo)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)顯微硬度最高(gao)(gao)為(wei)(wei)540ＨＶ。而馬(ma)永[20]制(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)以ＴｉＢ＋ＴｉＣ為(wei)(wei)硬質相(xiang)的(de)(de)(de)耐磨(mo)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)顯微硬度最高(gao)(gao)為(wei)(wei)1404.6ＨＶ，磨(mo)損量(liang)相(xiang)比(bi)基(ji)體減少(shao)了66.67％。ＴｉＣｘ陶(tao)瓷作為(wei)(wei)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)硬質相(xiang)時(shi)(shi)，需要(yao)額(e)外(wai)添加其他種類的(de)(de)(de)硬質相(xiang)才(cai)(cai)會(hui)顯著提高(gao)(gao)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)耐磨(mo)性。

2.4原位生成氧化物陶瓷相(xiang)

由于氧化物與液態金屬的(de)(de)界面能(neng)較(jiao)大(da)，導致大(da)多數氧化物陶(tao)瓷(ci)(ci)相在(zai)涂層中的(de)(de)潤濕性較(jiao)差，因(yin)此激光熔覆原位(wei)生成氧化物陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)研究(jiu)較(jiao)少(shao)，只(zhi)有(you)一些(xie)學者(zhe)研究(jiu)了(le)(le)ＺｒＯ2陶(tao)瓷(ci)(ci)、Ａｌ2Ｏ3陶(tao)瓷(ci)(ci)[51-53]。ＺｒＯ2陶(tao)瓷(ci)(ci)除(chu)了(le)(le)具(ju)有(you)高強(qiang)度、高硬度外，還具(ju)有(you)消除(chu)殘余應力的(de)(de)作(zuo)用[51，54]。羅(luo)雅等[51]在(zai)ＴＡ15合金表面制備的(de)(de)ＴｉＮｉ＋Ｔｉ2Ｎｉ復(fu)合ＺｒＯ2涂層，涂層顯微硬度最高達到1070ＨＶ，磨損(sun)率遠低于基體。

此外，超(chao)聲振動的輔助(zhu)工藝(yi)可降低氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)潤(run)濕(shi)性差帶(dai)來(lai)的不利影響。Ｗａｎｇ等(deng)[52]在激(ji)光熔覆過程中增加了超(chao)聲振動的輔助(zhu)工藝(yi)，制備了含Ａｌ2Ｏ3、Ｗ2(Ｃ，Ｏ)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)陶瓷相的涂層，超(chao)聲振動使得涂層的晶粒細化(hua)，氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)硬(ying)質(zhi)相Ａｌ2Ｏ3、Ｗ2(Ｃ，Ｏ)在涂層中的潤(run)濕(shi)性有所(suo)改善，涂層平均(jun)顯微硬(ying)度(du)達到1029.4ＨＶ，耐磨性能優異。

3、基體相特征對涂層耐磨性的影響

在激光熔覆技(ji)術制備的(de)耐(nai)磨涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中，含量占比最高(gao)的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)為基(ji)(ji)(ji)體相(xiang)(xiang)(xiang)。基(ji)(ji)(ji)體相(xiang)(xiang)(xiang)能(neng)夠提高(gao)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)韌性和潤濕性，避免涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)產生過多裂紋、氣孔等缺陷。耐(nai)磨涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)基(ji)(ji)(ji)體相(xiang)(xiang)(xiang)主(zhu)要由鈦基(ji)(ji)(ji)、鎳基(ji)(ji)(ji)、鈷基(ji)(ji)(ji)、鋁(lv)基(ji)(ji)(ji)及其相(xiang)(xiang)(xiang)互復(fu)合(he)(he)的(de)材料(liao)體系形成，因(yin)此按照涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)基(ji)(ji)(ji)體相(xiang)(xiang)(xiang)類型，把耐(nai)磨涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)分為金(jin)屬(shu)基(ji)(ji)(ji)復(fu)合(he)(he)陶(tao)瓷涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)與金(jin)屬(shu)間化合(he)(he)物復(fu)合(he)(he)陶(tao)瓷涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。

3.1金屬基體相

金屬基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)陶(tao)(tao)(tao)瓷涂(tu)層(ceng)(ceng)的基(ji)(ji)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)由一種含(han)量(liang)占比極高(gao)的金屬元素(su)(su)形成(cheng)。常(chang)(chang)見(jian)的金屬基(ji)(ji)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)包(bao)括鈦(tai)基(ji)(ji)、鎳基(ji)(ji)、鈷基(ji)(ji)等，因此金屬基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)陶(tao)(tao)(tao)瓷涂(tu)層(ceng)(ceng)又可分(fen)為(wei)鈦(tai)基(ji)(ji)、鎳基(ji)(ji)、鈷基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)陶(tao)(tao)(tao)瓷涂(tu)層(ceng)(ceng)。鈦(tai)基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)陶(tao)(tao)(tao)瓷涂(tu)層(ceng)(ceng)的基(ji)(ji)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)與基(ji)(ji)材(cai)(cai)的物理性(xing)質類似，所(suo)以能夠(gou)顯著(zhu)減少涂(tu)層(ceng)(ceng)的各種缺陷，同時(shi)具有較好的潤濕性(xing)[55-57]。常(chang)(chang)見(jian)的鈦(tai)基(ji)(ji)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)由鈦(tai)粉在激(ji)光熔覆過程(cheng)中形成(cheng)，林沛玲等[58]選擇(ze)Ｔｉ＋Ｂ粉末(mo)制備(bei)了(le)鈦(tai)基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)ＴｉＢ陶(tao)(tao)(tao)瓷涂(tu)層(ceng)(ceng)，顯微(wei)(wei)硬度偏(pian)低(650~770ＨＶ)。而Ｚｈａｏ等[13，59]、Ｌｕ等[60]制備(bei)的鈦(tai)基(ji)(ji)復(fu)(fu)合(he)(he)ＴｉＯｘ涂(tu)層(ceng)(ceng)基(ji)(ji)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)由ＴｉＯ2粉末(mo)形成(cheng)，如圖6所(suo)示，涂(tu)層(ceng)(ceng)組(zu)織致密、分(fen)布均(jun)勻，基(ji)(ji)材(cai)(cai)與涂(tu)層(ceng)(ceng)界(jie)面(mian)無裂紋，基(ji)(ji)材(cai)(cai)中的鋁(lv)元素(su)(su)和釩元素(su)(su)擴(kuo)散(san)到了(le)涂(tu)層(ceng)(ceng)，表明涂(tu)層(ceng)(ceng)與基(ji)(ji)材(cai)(cai)實現(xian)了(le)良好的冶金結(jie)合(he)(he)，硬質相(xiang)(xiang)(xiang)ＴｉＯｘ使得涂(tu)層(ceng)(ceng)平均(jun)顯微(wei)(wei)硬度達(da)到了(le)1583ＨＶ1Ｎ，涂(tu)層(ceng)(ceng)磨損(sun)率僅是基(ji)(ji)體(ti)磨損(sun)率0.1倍。

鎳基(ji)(ji)復合(he)陶(tao)(tao)瓷(ci)涂(tu)層的(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)體相(xiang)由鎳基(ji)(ji)自熔(rong)性(xing)(xing)合(he)金粉末(mo)形成(cheng)(cheng)。用于激光熔(rong)覆的(de)(de)(de)(de)鎳基(ji)(ji)自熔(rong)性(xing)(xing)合(he)金粉末(mo)主要有Ｆ101鎳基(ji)(ji)合(he)金、Ｎｉ60、Ｎｉ45Ａ、ＮｉＣｒＢＳｉ等粉末(mo)[36，61-64]，其化學(xue)元素(su)組(zu)成(cheng)(cheng)如表2所示。鎳基(ji)(ji)自熔(rong)性(xing)(xing)合(he)金粉末(mo)含有硼(peng)(peng)、硅(gui)(gui)等元素(su)，在(zai)激光熔(rong)覆過(guo)程(cheng)中具有脫氧作用，而(er)提高(gao)涂(tu)層的(de)(de)(de)(de)潤(run)濕性(xing)(xing)[36]。鎳基(ji)(ji)復合(he)陶(tao)(tao)瓷(ci)涂(tu)層的(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)體相(xiang)由γ-Ｎｉ組(zu)成(cheng)(cheng)，γ-Ｎｉ能夠(gou)與(yu)硅(gui)(gui)元素(su)、鉻元素(su)、硼(peng)(peng)化物形成(cheng)(cheng)網格狀的(de)(de)(de)(de)枝晶間共(gong)晶組(zu)織而(er)顯(xian)著提高(gao)了涂(tu)層的(de)(de)(de)(de)耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)[65，66]。Ｓａｍａｒ等[35]選擇ＷＣ＋ＮｉＣｒＢＳｉ粉末(mo)制備的(de)(de)(de)(de)鎳基(ji)(ji)復合(he)ＷＣ＋Ｗ2Ｃ涂(tu)層，平均顯(xian)微硬(ying)度達到了1384ＨＶ1Ｎ。但(dan)鎳基(ji)(ji)復合(he)陶(tao)(tao)瓷(ci)涂(tu)層中同時存在(zai)少量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)金屬間化合(he)物相(xiang)ＴｉＮｉ，添加(jia)適量(liang)(liang)(liang)稀土(tu)元素(su)則能夠(gou)降(jiang)低涂(tu)層中ＴｉＮｉ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)，提高(gao)α-Ｔｉ相(xiang)的(de)(de)(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)，降(jiang)低涂(tu)層界面的(de)(de)(de)(de)開(kai)裂傾向[61，62]。

鈷基(ji)(ji)(ji)復(fu)合(he)(he)陶(tao)瓷(ci)涂層(ceng)的(de)基(ji)(ji)(ji)體(ti)相由鈷基(ji)(ji)(ji)自(zi)熔性合(he)(he)金(jin)粉末形成。用于激(ji)光熔覆的(de)鈷基(ji)(ji)(ji)自(zi)熔性合(he)(he)金(jin)粉末價格較(jiao)高(gao)，主要(yao)有Ｃｏ42、Ｃｏ-01等合(he)(he)金(jin)粉末，其化學成分如表3所示[40，67]。鈷基(ji)(ji)(ji)復(fu)合(he)(he)陶(tao)瓷(ci)涂層(ceng)的(de)基(ji)(ji)(ji)體(ti)相主要(yao)為(wei)γ-Ｎｉ/Ｃｏ固溶體(ti)和少(shao)量的(de)金(jin)屬間化合(he)(he)物ＣｏＴｉ、ＣｏＴｉ2和ＮｉＴｉ[68，69]。γ-Ｎｉ/Ｃｏ固溶體(ti)、ＣｏＴｉ、ＣｏＴｉ2和ＮｉＴｉ脆性高(gao)，容(rong)易導致涂層(ceng)出現(xian)裂紋，同時提高(gao)了涂層(ceng)在干(gan)摩擦過程(cheng)中出現(xian)開裂的(de)概率，降低了涂層(ceng)的(de)耐磨性[70-74]。

Ｗｅｎｇ等(deng)[41，68，69]為(wei)解決鈷基(ji)體相的(de)(de)脆(cui)性(xing)問題(ti)，采用了添加稀(xi)土(tu)元素的(de)(de)方(fang)法，分別選(xuan)擇Ｃｏ42＋Ｂ4Ｃ＋ＳｉＣ＋Ｙ2Ｏ3粉(fen)末、Ｃｏ42＋Ｂ4Ｃ＋ＣｅＯ2粉(fen)末、Ｃｏ42＋ＴｉＮ粉(fen)末制備(bei)耐(nai)(nai)磨(mo)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，結果(guo)表明3種涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)都與基(ji)體為(wei)冶金(jin)(jin)結合(he)方(fang)式，涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中少量(liang)(liang)的(de)(de)金(jin)(jin)屬間化合(he)物(wu)不會導致涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)與基(ji)材的(de)(de)界面出現裂紋(wen)，并且通(tong)過添加適量(liang)(liang)稀(xi)土(tu)元素Ｙ2Ｏ3和ＣｅＯ2而(er)細化涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)晶(jing)粒、顯著減小涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)內的(de)(de)微裂紋(wen)數(shu)量(liang)(liang)，因此含稀(xi)土(tu)元素的(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)磨(mo)性(xing)能提高。

3.2金(jin)屬(shu)間化合物基體相

金(jin)屬(shu)(shu)間化(hua)合(he)物(wu)復合(he)陶瓷(ci)涂(tu)層(ceng)(ceng)的基(ji)(ji)(ji)(ji)體(ti)相(xiang)(xiang)為金(jin)屬(shu)(shu)間化(hua)合(he)物(wu)相(xiang)(xiang)，這些(xie)基(ji)(ji)(ji)(ji)體(ti)相(xiang)(xiang)主要(yao)包括Ｔｉ-Ａｌ基(ji)(ji)(ji)(ji)、Ｔｉ-Ｎｉ基(ji)(ji)(ji)(ji)、Ｃｏ-Ｎｉ基(ji)(ji)(ji)(ji)、Ｎｉ-Ａｌ基(ji)(ji)(ji)(ji)，因此(ci)把金(jin)屬(shu)(shu)間化(hua)合(he)物(wu)復合(he)陶瓷(ci)涂(tu)層(ceng)(ceng)分為Ｔｉ-Ａｌ基(ji)(ji)(ji)(ji)、Ｔｉ-Ｎｉ基(ji)(ji)(ji)(ji)、Ｃｏ-Ｎｉ基(ji)(ji)(ji)(ji)金(jin)屬(shu)(shu)間化(hua)合(he)物(wu)復合(he)陶瓷(ci)涂(tu)層(ceng)(ceng)。

Ｔｉ-Ａｌ金(jin)屬間(jian)(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)復(fu)合(he)(he)陶瓷涂(tu)層的(de)(de)(de)基體相(xiang)為(wei)Ｔｉ3Ａｌ金(jin)屬間(jian)(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)，Ｔｉ3Ａｌ金(jin)屬間(jian)(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)具有低密度、高彈性(xing)模(mo)量、高屈服強度、良(liang)好的(de)(de)(de)導熱性(xing)和在(zai)高溫(wen)下(xia)形(xing)成(cheng)致密氧化(hua)(hua)(hua)膜提高抗氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)等(deng)(deng)優(you)點，但(dan)(dan)也存(cun)在(zai)韌性(xing)差、室溫(wen)延展性(xing)差、對微(wei)裂紋敏感的(de)(de)(de)缺點[75-77]。Ｔｉ-Ａｌ金(jin)屬間(jian)(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)的(de)(de)(de)優(you)點使得(de)涂(tu)層具有較高的(de)(de)(de)硬度與耐(nai)磨性(xing)，但(dan)(dan)韌性(xing)差的(de)(de)(de)Ｔｉ-Ａｌ金(jin)屬間(jian)(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)使得(de)涂(tu)層不(bu)可避免地存(cun)在(zai)裂紋，即使在(zai)熔覆(fu)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)中(zhong)添加適量稀土元素也難以完全消(xiao)除，如Ｌｉ等(deng)(deng)[78]在(zai)熔覆(fu)粉(fen)(fen)末(mo)(mo)中(zhong)添加Ｙ2Ｏ3，成(cheng)功制(zhi)備(bei)了Ｔｉ3Ａｌ金(jin)屬間(jian)(jian)化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)復(fu)合(he)(he)陶瓷涂(tu)層，顯微(wei)硬度在(zai)1250~1400ＨＶ2Ｎ之(zhi)間(jian)(jian)，但(dan)(dan)涂(tu)層依然(ran)存(cun)在(zai)許多微(wei)觀裂紋。

Ｔｉ-Ｎｉ基(ji)金(jin)屬間(jian)化合物(wu)復(fu)合陶瓷涂(tu)層(ceng)(ceng)的(de)基(ji)體相為(wei)(wei)ＴｉＮｉ、Ｔｉ2Ｎｉ相，ＴｉＮｉ、Ｔｉ2Ｎｉ金(jin)屬間(jian)化合物(wu)具有(you)較(jiao)好(hao)的(de)硬度與(yu)(yu)(yu)耐磨性[79]。當(dang)熔覆粉末(mo)中Ｔｉ含量較(jiao)多(duo)時，涂(tu)層(ceng)(ceng)基(ji)體相為(wei)(wei)枝晶狀Ｔｉ2Ｎｉ，當(dang)Ｎｉ含量較(jiao)多(duo)時，涂(tu)層(ceng)(ceng)基(ji)體相為(wei)(wei)ＴｉＮｉ[80]。ＴｉＮｉ和Ｔｉ2Ｎｉ與(yu)(yu)(yu)其他金(jin)屬間(jian)化合物(wu)相比(bi)，并未表(biao)現出明顯(xian)的(de)脆性，以ＴｉＮｉ和Ｔｉ2Ｎｉ物(wu)相為(wei)(wei)主的(de)涂(tu)層(ceng)(ceng)無(wu)明顯(xian)裂紋(wen)存在(zai)，組織較(jiao)為(wei)(wei)致密(mi)，涂(tu)層(ceng)(ceng)與(yu)(yu)(yu)基(ji)體結合良(liang)好(hao)，但(dan)與(yu)(yu)(yu)Ｔｉ-Ａｌ金(jin)屬間(jian)化合物(wu)復(fu)合陶瓷涂(tu)層(ceng)(ceng)相比(bi)，涂(tu)層(ceng)(ceng)硬度較(jiao)低(580~900ＨＶ)[34，80]。

此外還有(you)(you)研究較少的Ｃｏ-Ｎｉ、Ｎｉ-Ａｌ金屬間(jian)化(hua)合物(wu)(wu)基(ji)(ji)體相。Ｃｏ-Ｎｉ金屬間(jian)化(hua)合物(wu)(wu)基(ji)(ji)體相在形成(cheng)過程中會同(tong)時生(sheng)成(cheng)與(yu)(yu)基(ji)(ji)材物(wu)(wu)理物(wu)(wu)理性(xing)(xing)(xing)質、熱力學性(xing)(xing)(xing)質差異較大Ｃｏ-Ｔｉ相，導(dao)致涂層和(he)基(ji)(ji)材的界面處產生(sheng)裂紋[81]。Ｎｉ-Ａｌ基(ji)(ji)金屬間(jian)化(hua)合物(wu)(wu)基(ji)(ji)體相具有(you)(you)高溫(wen)抗氧化(hua)與(yu)(yu)耐磨(mo)的優(you)點(dian)，但存在溫(wen)室脆性(xing)(xing)(xing)大的缺點(dian)[82]。

3.3不同基(ji)體相形成的涂層耐磨性能對比

由(you)于不(bu)同學者在測試涂(tu)層耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)性(xing)(xing)能(neng)時(shi)采用(yong)了不(bu)同的摩(mo)擦(ca)(ca)試驗條件(摩(mo)擦(ca)(ca)方(fang)式(shi)、摩(mo)擦(ca)(ca)副(fu)材質、載荷(he)、摩(mo)擦(ca)(ca)時(shi)間等)，因(yin)此他們(men)制備的耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)涂(tu)層無法直接利(li)用(yong)磨(mo)(mo)損率、摩(mo)擦(ca)(ca)系數(shu)等試驗結果進行(xing)(xing)比較。而(er)顯微(wei)(wei)硬度(du)在一定程度(du)上可反映涂(tu)層的耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)性(xing)(xing)能(neng)，因(yin)此對不(bu)同種(zhong)類耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)涂(tu)層的顯微(wei)(wei)硬度(du)進行(xing)(xing)了整理總結，如表4所示。

4、自潤滑相特征對涂層耐磨性的影響

采用激光(guang)熔覆技術制(zhi)備(bei)的自(zi)潤(run)滑(hua)涂(tu)層(ceng)(ceng)以耐磨(mo)涂(tu)層(ceng)(ceng)的組(zu)分(fen)為基礎并增加了(le)自(zi)潤(run)滑(hua)相，因(yin)此(ci)與耐磨(mo)涂(tu)層(ceng)(ceng)相比，自(zi)潤(run)滑(hua)涂(tu)層(ceng)(ceng)的摩擦系數更(geng)低(di)。

4.1形成(cheng)自(zi)潤滑(hua)相(xiang)的材(cai)料

采用激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)技術制備的(de)(de)自潤(run)(run)(run)(run)滑涂層(ceng)中(zhong)(zhong)，一(yi)些常見的(de)(de)固(gu)體(ti)潤(run)(run)(run)(run)滑材料用于在(zai)激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)過程中(zhong)(zhong)形(xing)成(cheng)自潤(run)(run)(run)(run)滑相(xiang)(xiang)，主要包括石墨烯(xi)[84]、六方(fang)(fang)氮化(hua)(hua)硼(ｈ-ＢＮ)[66]和(he)(he)各種硫化(hua)(hua)物(wu)[85，86]。石墨烯(xi)作為(wei)新型(xing)二維材料具有(you)強度高、韌性(xing)與自潤(run)(run)(run)(run)滑性(xing)好的(de)(de)特(te)點[87，88]。ｈ-ＢＮ是具有(you)層(ceng)狀結構的(de)(de)六方(fang)(fang)晶系，層(ceng)與層(ceng)之(zhi)間由范德華鍵(jian)相(xiang)(xiang)連(lian)，因(yin)此是良好的(de)(de)固(gu)體(ti)潤(run)(run)(run)(run)滑材料[66，89]。各種硫化(hua)(hua)物(wu)如ＭｏＳ2、ＷＳ2、ＴｉＳ、Ｔｉ2ＳＣ屬于層(ceng)狀結構、層(ceng)與層(ceng)之(zhi)間容(rong)易發生(sheng)(sheng)剪(jian)切滑移(yi)，在(zai)中(zhong)(zhong)低(di)溫(wen)干摩擦條件下形(xing)成(cheng)轉移(yi)膜而具有(you)自潤(run)(run)(run)(run)滑效果[85，86]。但上述固(gu)體(ti)潤(run)(run)(run)(run)滑材料作為(wei)熔(rong)覆(fu)粉末都存在(zai)潤(run)(run)(run)(run)濕性(xing)差和(he)(he)在(zai)激(ji)光(guang)的(de)(de)高溫(wen)作用下容(rong)易分解的(de)(de)問題，因(yin)此自潤(run)(run)(run)(run)滑相(xiang)(xiang)在(zai)涂層(ceng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)含量較低(di)[85，87-89]。針對固(gu)體(ti)潤(run)(run)(run)(run)滑材料潤(run)(run)(run)(run)濕性(xing)差和(he)(he)易分解的(de)(de)問題，主要有(you)在(zai)熔(rong)覆(fu)粉末中(zhong)(zhong)直接添(tian)加固(gu)體(ti)潤(run)(run)(run)(run)滑材料形(xing)成(cheng)自潤(run)(run)(run)(run)滑相(xiang)(xiang)和(he)(he)利用激(ji)光(guang)高溫(wen)原位(wei)生(sheng)(sheng)成(cheng)自潤(run)(run)(run)(run)滑相(xiang)(xiang)2種解決方(fang)(fang)法。

4.2直接添加自潤(run)滑相

在熔(rong)覆粉末(mo)中(zhong)直(zhi)接添(tian)加固體(ti)潤(run)滑(hua)(hua)材(cai)料需要采用低激(ji)(ji)光(guang)功率與(yu)(yu)(yu)高掃(sao)描速度(du)的熔(rong)覆工藝(yi)參數，避免固體(ti)潤(run)滑(hua)(hua)材(cai)料在激(ji)(ji)光(guang)熔(rong)覆過程(cheng)中(zhong)完(wan)全分解(jie)。石(shi)皋蓮等(deng)(deng)(deng)[66]研(yan)究了(le)Ｎｉ60＋ｈ-ＢＮ粉末(mo)激(ji)(ji)光(guang)熔(rong)覆形(xing)(xing)成(cheng)的自潤(run)滑(hua)(hua)涂(tu)(tu)層(ceng)，未(wei)分解(jie)的ｈ-ＢＮ作(zuo)為自潤(run)滑(hua)(hua)相(xiang)，在高溫干(gan)摩(mo)(mo)擦(ca)試驗條件下，ｈ-ＢＮ顆粒軟化并鋪展形(xing)(xing)成(cheng)潤(run)滑(hua)(hua)轉移膜，磨損量(liang)相(xiang)比(bi)Ｎｉ60粉末(mo)形(xing)(xing)成(cheng)的涂(tu)(tu)層(ceng)有明顯減少(shao)。Ｚｈａｏ等(deng)(deng)(deng)[50]、Ｚｈａｎｇ等(deng)(deng)(deng)[84]選(xuan)擇鈦(tai)＋石(shi)墨(mo)烯(xi)粉末(mo)在ＴＣ4合(he)金表(biao)面(mian)制備自潤(run)滑(hua)(hua)涂(tu)(tu)層(ceng)，在激(ji)(ji)光(guang)熔(rong)覆過程(cheng)中(zhong)，大部(bu)分石(shi)墨(mo)烯(xi)與(yu)(yu)(yu)鈦(tai)元素反應生(sheng)成(cheng)了(le)ＴｉＣ硬質相(xiang)，少(shao)量(liang)石(shi)墨(mo)烯(xi)在高溫下轉化為石(shi)墨(mo)，少(shao)量(liang)石(shi)墨(mo)與(yu)(yu)(yu)未(wei)分解(jie)的石(shi)墨(mo)烯(xi)組成(cheng)了(le)自潤(run)滑(hua)(hua)相(xiang)。在干(gan)摩(mo)(mo)擦(ca)試驗中(zhong)，自潤(run)滑(hua)(hua)相(xiang)與(yu)(yu)(yu)涂(tu)(tu)層(ceng)表(biao)面(mian)硬質相(xiang)組成(cheng)的機械(xie)混(hun)合(he)層(ceng)降低了(le)摩(mo)(mo)擦(ca)副與(yu)(yu)(yu)涂(tu)(tu)層(ceng)的接觸應力(li)，提高了(le)涂(tu)(tu)層(ceng)耐磨性[84]。

4.3原位生成自(zi)潤滑相

利用激(ji)光高(gao)溫原(yuan)位(wei)反(fan)應的(de)自(zi)潤(run)(run)滑(hua)相(xiang)含量更高(gao)，具(ju)有更好的(de)減磨(mo)效(xiao)果(guo)。劉(liu)秀(xiu)波等[85]、Ｌｉｕ等[86]以(yi)(yi)ＮｉＣｒ＋Ｃｒ3Ｃ2＋ＷＳ2粉(fen)末制(zhi)備的(de)涂層原(yuan)位(wei)生成(cheng)了(le)Ｔｉ2ＳＣ＋ＣｒＳ自(zi)潤(run)(run)滑(hua)相(xiang)，在室溫至(zhi)600℃的(de)摩擦(ca)條件下可以(yi)(yi)形成(cheng)潤(run)(run)滑(hua)轉(zhuan)移膜，降低摩擦(ca)系數(shu)、磨(mo)損率；而以(yi)(yi)Ｔｉ＋ＴｉＣ＋ＷＳ2粉(fen)末原(yuan)位(wei)生成(cheng)了(le)Ｔｉ2ＳＣ＋ＴｉＳ自(zi)潤(run)(run)滑(hua)相(xiang)，涂層在中低溫度下具(ju)有不錯的(de)自(zi)潤(run)(run)滑(hua)效(xiao)果(guo)，但在500℃以(yi)(yi)上自(zi)潤(run)(run)滑(hua)相(xiang)會(hui)氧(yang)化失效(xiao)形成(cheng)氧(yang)化膜。

通常(chang)石(shi)墨(mo)(mo)烯在激(ji)光(guang)(guang)熔覆(fu)(fu)(fu)過(guo)程中會(hui)優先與(yu)(yu)Ｔｉ元(yuan)素(su)(su)反(fan)應生成(cheng)(cheng)(cheng)ＴｉＣｘ，因(yin)此石(shi)墨(mo)(mo)烯難以作為原(yuan)位生成(cheng)(cheng)(cheng)的自(zi)潤滑相(xiang)，Ｗｅｎｇ等[90]通過(guo)調(diao)整粉(fen)末比例、熔覆(fu)(fu)(fu)工(gong)藝參數(shu)，采用Ｎｉ60＋Ｂ4Ｃ粉(fen)末在ＴＣ4表面進(jin)行激(ji)光(guang)(guang)熔覆(fu)(fu)(fu)，原(yuan)位生成(cheng)(cheng)(cheng)了與(yu)(yu)石(shi)墨(mo)(mo)烯結構類似(si)的球(qiu)形(xing)石(shi)墨(mo)(mo)。在激(ji)光(guang)(guang)熔覆(fu)(fu)(fu)過(guo)程中原(yuan)位生成(cheng)(cheng)(cheng)球(qiu)形(xing)石(shi)墨(mo)(mo)自(zi)潤滑相(xiang)的機理如圖(tu)7所示，鈦元(yuan)素(su)(su)與(yu)(yu)碳(tan)元(yuan)素(su)(su)生成(cheng)(cheng)(cheng)ＴｉＣｘ后，多余(yu)碳(tan)原(yuan)子沿著(zhu)(zhu)氣泡與(yu)(yu)熔體的界面快速非平衡凝固形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)球(qiu)形(xing)石(shi)墨(mo)(mo)，球(qiu)形(xing)石(shi)墨(mo)(mo)使得涂(tu)層的摩擦(ca)系數(shu)降低、耐(nai)磨性顯著(zhu)(zhu)提(ti)高(涂(tu)層耐(nai)磨性是基體的43.67倍)[90]。

5、總結和展望

綜上，鈦(tai)合金表面激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)(fu)制備耐(nai)(nai)磨(mo)和(he)(he)自(zi)潤滑涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)能夠有效解決(jue)鈦(tai)合金耐(nai)(nai)磨(mo)性差的(de)(de)(de)問(wen)題，其中(zhong)(zhong)激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)(fu)工藝與涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)組分(fen)(硬(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相、基體(ti)相、自(zi)潤滑相)是決(jue)定涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)磨(mo)性的(de)(de)(de)主(zhu)要因素(su)。激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)(fu)工藝參數設定主(zhu)要采用試錯的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)進(jin)(jin)行(xing)多次試驗確定熔(rong)覆(fu)(fu)工藝參數；超聲振動可(ke)顯(xian)著減小涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)晶粒尺(chi)寸，而對涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)進(jin)(jin)行(xing)熱處理則可(ke)以(yi)有效提(ti)高(gao)(gao)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)斷裂(lie)韌(ren)性。硬(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相是提(ti)高(gao)(gao)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)磨(mo)性的(de)(de)(de)關鍵因素(su)，采用原位生成(cheng)法(fa)形成(cheng)的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相具有無裂(lie)紋(wen)、硬(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相邊緣無破碎的(de)(de)(de)小顆(ke)粒的(de)(de)(de)優(you)點(dian)，而被廣(guang)泛用于耐(nai)(nai)磨(mo)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)硬(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相的(de)(de)(de)形成(cheng)。鎳基體(ti)相和(he)(he)鈦(tai)基體(ti)相基具有良好的(de)(de)(de)潤濕性，可(ke)顯(xian)著減少涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)裂(lie)紋(wen)、氣孔(kong)缺陷(xian)，提(ti)高(gao)(gao)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)綜合性能。自(zi)潤滑相的(de)(de)(de)形成(cheng)需要在熔(rong)覆(fu)(fu)粉末(mo)中(zhong)(zhong)添(tian)加能夠原位生成(cheng)自(zi)潤滑相的(de)(de)(de)材料，避免自(zi)潤滑相在激(ji)光(guang)高(gao)(gao)溫作用下大(da)量分(fen)解。為了進(jin)(jin)一(yi)步提(ti)高(gao)(gao)激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)(fu)技(ji)術(shu)制備的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)和(he)(he)自(zi)潤滑涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)性能，今后的(de)(de)(de)研究重點(dian)應集中(zhong)(zhong)在以(yi)下幾個方(fang)面。首先，建立能夠綜合考慮各(ge)(ge)種(zhong)因素(su)(激(ji)光(guang)器類(lei)型、熔(rong)覆(fu)(fu)粉末(mo)類(lei)型和(he)(he)尺(chi)寸等因素(su))的(de)(de)(de)數學模型用于設定熔(rong)覆(fu)(fu)工藝參數，使得涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)磨(mo)性能達到(dao)最(zui)佳。其次，開發更多的(de)(de)(de)熔(rong)覆(fu)(fu)粉末(mo)材料，以(yi)解決(jue)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)硬(ying)(ying)質(zhi)(zhi)相和(he)(he)自(zi)潤滑相含量占(zhan)比偏(pian)低的(de)(de)(de)問(wen)題。最(zui)后，深(shen)入研究不同熔(rong)覆(fu)(fu)粉末(mo)在激(ji)光(guang)熔(rong)覆(fu)(fu)過程發生的(de)(de)(de)各(ge)(ge)種(zhong)復雜化(hua)學反應，進(jin)(jin)一(yi)步提(ti)高(gao)(gao)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)耐(nai)(nai)磨(mo)性。

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