鈦合金具(ju)有密度低(di)、比強(qiang)度高、耐(nai)腐(fu)蝕和(he)生(sheng)物相容(rong)性(xing)好(hao)等性(xing)能，用(yong)(yong)于制(zhi)(zhi)造航(hang)空航(hang)天、石油化(hua)工和(he)生(sheng)物醫學領域的(de)(de)(de)結構組件[1,2,3,4,5]。但是(shi)，鈦合金的(de)(de)(de)表面(mian)硬度低(di)和(he)耐(nai)磨性(xing)差，使其(qi)在(zai)嚴重磨損和(he)摩擦條(tiao)件下的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)受到限制(zhi)(zhi)[6,7]。在(zai)鈦或其(qi)合金的(de)(de)(de)表面(mian)制(zhi)(zhi)備自潤滑耐(nai)磨涂層，是(shi)提高其(qi)耐(nai)磨性(xing)和(he)擴展(zhan)其(qi)應用(yong)(yong)范(fan)圍的(de)(de)(de)有效途徑之(zhi)一。

激(ji)光(guang)熔覆(fu)技(ji)(ji)術具(ju)有(you)能量密度(du)(du)高(gao)、熱輸(shu)入小(xiao)、畸(ji)變小(xiao)、熱影(ying)響區小(xiao)、工件變形小(xiao)、與基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)呈(cheng)冶金(jin)結(jie)合(he)(he)等(deng)(deng)優(you)(you)點，可(ke)用(yong)于(yu)制(zhi)備(bei)(bei)具(ju)有(you)高(gao)顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)(du)和(he)優(you)(you)良摩(mo)擦學性(xing)能的(de)(de)復合(he)(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)[8,9,10]。Farayibi等(deng)(deng)[11]以(yi)金(jin)屬陶(tao)瓷WC粉(fen)末(mo)為(wei)原(yuan)料，采用(yong)激(ji)光(guang)熔覆(fu)技(ji)(ji)術在Ti-6Al-4V鈦合(he)(he)金(jin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)制(zhi)備(bei)(bei)出以(yi)TiC、WC2和(he)WC為(wei)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)增強(qiang)相(xiang)(xiang)的(de)(de)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)復合(he)(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，其平均顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)(du)（678HV）約(yue)為(wei)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)（396HV）的(de)(de)1.7倍(bei)，磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)體(ti)(ti)(ti)(ti)積（7×10-5 μm3/μm）為(wei)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)（4.9×10-4 μm3/μm）的(de)(de)七(qi)分之一。Lin等(deng)(deng)[12]在Ti-6Al-4V鈦合(he)(he)金(jin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)用(yong)鎢極氬弧(hu)焊制(zhi)備(bei)(bei)了TiN耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，其平均顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)(du)（約(yue)為(wei)740HV1.0）約(yue)為(wei)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)（約(yue)為(wei)340HV1.0）的(de)(de)2.2倍(bei)，硬(ying)(ying)度(du)(du)的(de)(de)提高(gao)使涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)具(ju)有(you)優(you)(you)異的(de)(de)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)性(xing)。余鵬程[13]等(deng)(deng)采用(yong)激(ji)光(guang)熔覆(fu)技(ji)(ji)術在Ti-6Al-4V鈦合(he)(he)金(jin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)制(zhi)備(bei)(bei)出NiCrBSiFe高(gao)溫(wen)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)復合(he)(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，其平均顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)(du)（950HV0.5）約(yue)為(wei)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)（360HV0.5）的(de)(de)3倍(bei)，表(biao)(biao)現出優(you)(you)異的(de)(de)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)性(xing)。Weng等(deng)(deng)[14]采用(yong)激(ji)光(guang)熔覆(fu)技(ji)(ji)術在鈦合(he)(he)金(jin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)制(zhi)備(bei)(bei)Co/TiN/Y2O3復合(he)(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，其平均顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)(du)（1197.9HV0.2）約(yue)為(wei)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)3~4倍(bei)，磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)率(lv)（2.525×10-4 g/min）約(yue)為(wei)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)（2.995×10-3 g/min）9.5~11.9倍(bei)。Sun等(deng)(deng)[15]在Ti-6Al-4V鈦合(he)(he)金(jin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)用(yong)激(ji)光(guang)熔覆(fu)技(ji)(ji)術以(yi)TiC為(wei)增強(qiang)相(xiang)(xiang)制(zhi)備(bei)(bei)了NiCrBSi耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)復合(he)(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，其磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)量只有(you)基(ji)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)11.4%。這些復合(he)(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)(du)的(de)(de)提高(gao)使其耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)性(xing)隨之提高(gao)。但是，在嚴峻的(de)(de)工況(kuang)條(tiao)件下（重載(zai)、高(gao)溫(wen)、高(gao)壓等(deng)(deng)）高(gao)摩(mo)擦系數(shu)使摩(mo)擦副的(de)(de)使用(yong)壽命縮短。制(zhi)備(bei)(bei)減摩(mo)、耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)的(de)(de)自(zi)潤滑(hua)復合(he)(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，是解決這一難題的(de)(de)有(you)效途徑。本文以(yi)NiCrBSi、TiN和(he)Ni包MoS2復合(he)(he)合(he)(he)金(jin)粉(fen)末(mo)為(wei)原(yuan)料在鈦合(he)(he)金(jin)表(biao)(biao)面(mian)(mian)制(zhi)備(bei)(bei)自(zi)潤滑(hua)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)復合(he)(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，研(yan)究其微(wei)觀結(jie)構和(he)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)性(xing)。

1 實驗(yan)方法

試(shi)(shi)驗用(yong)(yong)(yong)Ti-6Al-4V鈦合金基體(ti)(ti)的(de)(de)成分，列于表1。將(jiang)鈦合金基體(ti)(ti)線切割成尺寸(cun)為(wei)(wei)50 mm×50 mm×5 mm的(de)(de)試(shi)(shi)樣，用(yong)(yong)(yong)砂紙打磨(mo)以去除表面氧化(hua)層(ceng)(ceng)，并用(yong)(yong)(yong)乙醇(chun)清洗(xi)干(gan)凈。試(shi)(shi)驗采用(yong)(yong)(yong)預(yu)制粉(fen)末(mo)(mo)的(de)(de)方(fang)法。實驗用(yong)(yong)(yong)TiN粒度為(wei)(wei)1~3 μm,純度≥99.5%,NiCrBSi粉(fen)末(mo)(mo)，其化(hua)學成分及(ji)含(han)(han)量(liang)列于表2。Ni包(bao)MoS2的(de)(de)粒度為(wei)(wei)1~3 μm,其成分含(han)(han)量(liang)是75%Ni和25%MoS2。選(xuan)用(yong)(yong)(yong)Ni包(bao)MoS2可防止MoS2在熔覆過程中(zhong)的(de)(de)燒(shao)損、蒸發而提供充足的(de)(de)潤滑(hua)源(yuan)。在混合合金粉(fen)末(mo)(mo)中(zhong)TiN粉(fen)末(mo)(mo)和Ni包(bao)MoS2粉(fen)末(mo)(mo)的(de)(de)質量(liang)比為(wei)(wei)1:1（表3），稱重后(hou)球(qiu)磨(mo)2 h;然后(hou)用(yong)(yong)(yong)乙酸(suan)纖維素和二丙(bing)酮醇(chun)配制的(de)(de)粘結劑將(jiang)混合粉(fen)末(mo)(mo)預(yu)置在Ti-6Al-4V基體(ti)(ti)上，厚度約為(wei)(wei)0.8~1.2 mm;最后(hou)將(jiang)預(yu)置好的(de)(de)涂(tu)層(ceng)(ceng)放(fang)在干(gan)燥(zao)箱中(zhong)80℃保溫(wen)干(gan)燥(zao)2 h。

使用IPG YLS-5000光纖激(ji)光器在(zai)氬氣(qi)保(bao)護(hu)下進(jin)行熔(rong)覆，保(bao)護(hu)氣(qi)的(de)流量為(wei)(wei)15 L/min。激(ji)光熔(rong)覆的(de)工藝(yi)參數為(wei)(wei)：功率(lv)為(wei)(wei)1500 W,掃(sao)描速度(du)為(wei)(wei)15 mm/s,離(li)焦(jiao)量為(wei)(wei)35 mm,多道熔(rong)覆的(de)搭接率(lv)為(wei)(wei)50%。將熔(rong)覆后的(de)試樣用線切(qie)(qie)割機(ji)沿垂直于激(ji)光掃(sao)描方向切(qie)(qie)割制成金相(xiang)試樣，然后用預(yu)磨(mo)機(ji)處理其橫(heng)截(jie)面，再(zai)依次用200#、400#、800#、1000#、1200#、2000#水磨(mo)砂紙預(yu)磨(mo)，最后進(jin)行拋光和金相(xiang)腐(fu)(fu)蝕。腐(fu)(fu)蝕劑為(wei)(wei)體積比為(wei)(wei)1:1的(de)氫氟酸(suan)和鹽酸(suan)。

使用X'Pert PRO 型(xing)(xing)X射線衍射儀(yi)分(fen)析涂層(ceng)的(de)(de)(de)物(wu)相組成(cheng)。用Hitachi S-3400N型(xing)(xing)掃描電子顯微電鏡（SEM）分(fen)析觀察涂層(ceng)的(de)(de)(de)組織形(xing)態(tai)，并用能譜儀(yi)（EDS）測定(ding)涂層(ceng)不同(tong)區域的(de)(de)(de)微區成(cheng)分(fen)。用HXD-1000TMSC/LCD型(xing)(xing)顯微硬(ying)度計沿涂層(ceng)的(de)(de)(de)橫截(jie)面測試復(fu)合涂層(ceng)的(de)(de)(de)顯微硬(ying)度，加載(zai)(zai)(zai)(zai)載(zai)(zai)(zai)(zai)荷(he)300 g,保荷(he)時(shi)間15 s。在(zai)UMT-3M-220多功能摩(mo)擦(ca)磨損實驗機(ji)上進行摩(mo)擦(ca)磨損實驗，加載(zai)(zai)(zai)(zai)載(zai)(zai)(zai)(zai)荷(he)為(wei)10 kg,轉速為(wei)100 r/min,磨痕直徑為(wei)6 mm,時(shi)間為(wei)30 min,對磨球為(wei)陶瓷(ci)WC,磨損量用感(gan)量為(wei)10-4 g的(de)(de)(de)分(fen)析天平稱量。

2 實驗結(jie)果和討論

2.1 涂層的(de)宏觀形貌(mao)和物相

圖(tu)(tu)(tu)1給出了激光熔覆(fu)NiCrBSi+TiN+Ni包MoS2復合涂層(ceng)(ceng)的截(jie)面(mian)形貌。從(cong)圖(tu)(tu)(tu)1a可(ke)知，復合涂層(ceng)(ceng)的平均厚度約(yue)為1 mm,涂層(ceng)(ceng)與基體(ti)之間有一(yi)條白亮(liang)的結合帶，其局部區域放大圖(tu)(tu)(tu)在圖(tu)(tu)(tu)1b中給出。由(you)圖(tu)(tu)(tu)1可(ke)見，涂層(ceng)(ceng)中沒有明(ming)顯(xian)的缺陷。

圖1 復合涂(tu)層的(de)截面和(he)結合區的(de)SEM圖(tu)片

圖(tu)(tu)2給(gei)出了(le)三(san)種(zhong)(zhong)試(shi)樣的(de)(de)X射(she)(she)線(xian)(xian)衍(yan)射(she)(she)（XRD）分(fen)析圖(tu)(tu)譜(pu)(pu)(pu)。激(ji)光(guang)熔覆是(shi)(shi)一種(zhong)(zhong)快速(su)冷卻和非平衡態快速(su)凝固(gu)過程(cheng)，涂層(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)多相(xiang)共存(cun)，一些(xie)物(wu)(wu)相(xiang)的(de)(de)衍(yan)射(she)(she)峰(feng)重疊，并(bing)偏(pian)離平衡狀態，因此難以識別(bie)其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)所有(you)(you)物(wu)(wu)相(xiang)[16]。從XRD圖(tu)(tu)譜(pu)(pu)(pu)分(fen)析知，涂層(ceng)(ceng)主要由(you)TiN、TiMo、TiS、MoS2和Ti-Ni化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)等相(xiang)組成(cheng)(cheng)。這(zhe)表明，Ni包MoS2有(you)(you)效地減少了(le)激(ji)光(guang)熔覆過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)MoS2的(de)(de)分(fen)解(jie)、蒸發(fa)等問(wen)題，TiN具有(you)(you)良好(hao)的(de)(de)化(hua)(hua)學穩定性。激(ji)光(guang)熔覆時形成(cheng)(cheng)高(gao)溫(wen)熔池(chi)，一些(xie)化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)在(zai)高(gao)溫(wen)熔池(chi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)完(wan)全分(fen)解(jie)或部分(fen)分(fen)解(jie)，使熔池(chi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)含有(you)(you)Ti、Ni、N、S、Mo等元(yuan)素(su)；由(you)于冷卻的(de)(de)過程(cheng)極快，沒有(you)(you)足夠的(de)(de)時間發(fa)生(sheng)所有(you)(you)可能(neng)(neng)的(de)(de)反應(ying)。而(er)根據各種(zhong)(zhong)物(wu)(wu)質(zhi)之(zhi)間吉(ji)布斯自由(you)能(neng)(neng)的(de)(de)變化(hua)(hua)預(yu)測，若熔池(chi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可能(neng)(neng)發(fa)生(sheng)反應(ying)的(de)(de)物(wu)(wu)質(zhi)之(zhi)間的(de)(de)吉(ji)布斯自由(you)能(neng)(neng)小(xiao)于零，這(zhe)個反應(ying)就(jiu)能(neng)(neng)實現(xian)，反之(zhi)則不能(neng)(neng)實現(xian)。熱力學分(fen)析結果(guo)表明，熔池(chi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可能(neng)(neng)發(fa)生(sheng)的(de)(de)反應(ying)如（1）、（2）、（3）、（4）和（5）式所示。根據三(san)種(zhong)(zhong)試(shi)樣的(de)(de)復合(he)(he)涂層(ceng)(ceng)的(de)(de)X射(she)(she)線(xian)(xian)衍(yan)射(she)(she)圖(tu)(tu)譜(pu)(pu)(pu)，三(san)種(zhong)(zhong)試(shi)樣的(de)(de)衍(yan)射(she)(she)峰(feng)位(wei)置(zhi)(zhi)基(ji)(ji)本一致，但是(shi)(shi)其強度不同(tong)。隨著TiN含量(liang)的(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)TiN的(de)(de)衍(yan)射(she)(she)峰(feng)強度明顯增(zeng)(zeng)加，而(er)且在(zai)N1、N2的(de)(de)XRD圖(tu)(tu)譜(pu)(pu)(pu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)73.7°的(de)(de)位(wei)置(zhi)(zhi)出現(xian)了(le)TiN的(de)(de)衍(yan)射(she)(she)峰(feng)。由(you)于TiN含量(liang)的(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)，加入(ru)的(de)(de)TiN或者少量(liang)分(fen)解(jie)后重新(xin)生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)(de)TiN的(de)(de)衍(yan)射(she)(she)峰(feng)出現(xian)在(zai)了(le)這(zhe)個位(wei)置(zhi)(zhi)。從XRD圖(tu)(tu)譜(pu)(pu)(pu)分(fen)析知，N2涂層(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)γ-Ni基(ji)(ji)固(gu)溶體的(de)(de)衍(yan)射(she)(she)峰(feng)較弱，可能(neng)(neng)是(shi)(shi)N2涂層(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)Ti-Ni化(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)的(de)(de)生(sheng)成(cheng)(cheng)量(liang)增(zeng)(zeng)多使γ-Ni基(ji)(ji)固(gu)溶體的(de)(de)生(sheng)成(cheng)(cheng)量(liang)減少所致。

圖2復合涂(tu)層的X射(she)線衍射(she)圖譜

其中T0為室溫(wen)，A為吸收(shou)率，P為功率，V為掃描(miao)速度，λ為導熱率，D為光斑(ban)直徑(jing)，α為熱擴散系數(shu)，t為時間，z為基材表面(mian)以下(xia)熔池深度。

圖(tu)(tu)3給出(chu)了試樣(yang)(yang)N1、N2、N3的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀組(zu)織(zhi)(zhi)。N3底部(bu)(bu)(bu)(bu)組(zu)織(zhi)(zhi)，主(zhu)要(yao)由大(da)(da)(da)(da)量(liang)(liang)(liang)細密(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)樹枝(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)(jing)組(zu)成（圖(tu)(tu)3i）。由于(yu)N3底部(bu)(bu)(bu)(bu)區(qu)(qu)(qu)域(yu)接近基(ji)體(ti)，在(zai)(zai)熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)池凝固(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)初階段接近基(ji)體(ti)區(qu)(qu)(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)G（G為液(ye)相(xiang)溫(wen)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)）遠(yuan)大(da)(da)(da)(da)于(yu)零，而結晶(jing)(jing)速(su)度(du)(du)v趨(qu)近于(yu)零使(shi)(shi)G/v趨(qu)于(yu)無窮大(da)(da)(da)(da)，平面晶(jing)(jing)優先從基(ji)體(ti)向外生(sheng)長；隨后(hou)基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)升高使(shi)(shi)溫(wen)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)G減小，凝固(gu)速(su)度(du)(du)R增(zeng)大(da)(da)(da)(da)，則(ze)G/R的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)值減小，有益于(yu)樹枝(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)長，因(yin)此涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)底部(bu)(bu)(bu)(bu)區(qu)(qu)(qu)域(yu)為組(zu)織(zhi)(zhi)細密(mi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)樹枝(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)(jing)。N3中(zhong)(zhong)(zhong)部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀組(zu)織(zhi)(zhi)主(zhu)要(yao)為胞狀(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)（圖(tu)(tu)3h），由于(yu)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)G值進一(yi)步減小使(shi)(shi)凝固(gu)條件有利于(yu)胞狀(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形核與(yu)長大(da)(da)(da)(da)，在(zai)(zai)胞狀(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)形核時液(ye)固(gu)界面在(zai)(zai)推進的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)阻礙(ai)樹枝(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)(jing)，二次枝(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展，因(yin)此在(zai)(zai)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)部(bu)(bu)(bu)(bu)只有很少量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)樹枝(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)晶(jing)(jing)。涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)頂部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)冷卻(que)(que)速(su)度(du)(du)和過(guo)冷度(du)(du)都超(chao)過(guo)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)部(bu)(bu)(bu)(bu)區(qu)(qu)(qu)域(yu)，則(ze)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)頂部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)成核臨(lin)界半徑較大(da)(da)(da)(da)，導(dao)致涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)頂部(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀組(zu)織(zhi)(zhi)尺(chi)寸(cun)較大(da)(da)(da)(da)（圖(tu)(tu)3a, d, g）。三(san)(san)種(zhong)復合(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頂部(bu)(bu)(bu)(bu)都有顆粒狀(zhuang)(zhuang)物(wu)質(zhi)，是一(yi)些未熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)TiN在(zai)(zai)熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)池的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)對(dui)流作用(yong)(yong)下上浮(fu)到涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)頂部(bu)(bu)(bu)(bu)形成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)顆粒狀(zhuang)(zhuang)物(wu)質(zhi)。涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)無定(ding)向的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)分布著(zhu)胞狀(zhuang)(zhuang)及樹枝(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)TiN（圖(tu)(tu)3b, e, h）。這表明(ming)(ming)，TiN是在(zai)(zai)凝固(gu)過(guo)程從熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)體(ti)中(zhong)(zhong)(zhong)析(xi)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)第一(yi)種(zhong)化合(he)物(wu)。N1中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)胞狀(zhuang)(zhuang)顆粒物(wu)明(ming)(ming)顯地比N2和N3復合(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)多(duo)（圖(tu)(tu)3b, e, h）。TiN的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)點為3290℃，熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)池內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)場可(ke)用(yong)(yong)公式（6）計算[17]。由此公式可(ke)知，在(zai)(zai)相(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工藝參數條件下，同(tong)種(zhong)材料熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)池的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)深度(du)(du)應該(gai)相(xiang)同(tong)；但(dan)是三(san)(san)個試樣(yang)(yang)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)(du)不(bu)同(tong)（N3厚度(du)(du)最(zui)(zui)大(da)(da)(da)(da)）。這表明(ming)(ming)，三(san)(san)種(zhong)試樣(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)池深度(du)(du)不(bu)同(tong)。這意味(wei)著(zhu)，三(san)(san)個試樣(yang)(yang)中(zhong)(zhong)(zhong)N3熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)池內(nei)(nei)熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)融(rong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)最(zui)(zui)多(duo)，N1和N2的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)池內(nei)(nei)必定(ding)有未熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)。因(yin)此，隨著(zhu)TiN含量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)(da)(da)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)池內(nei)(nei)未熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)TiN增(zeng)多(duo)，在(zai)(zai)快(kuai)速(su)冷凝過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)以顆粒的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形式出(chu)現(xian)。由圖(tu)(tu)3可(ke)見，N1微(wei)(wei)觀組(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平均尺(chi)寸(cun)最(zui)(zui)大(da)(da)(da)(da)。其原(yuan)因(yin)是，N1中(zhong)(zhong)(zhong)TiN的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)(liang)(liang)較高，有利于(yu)熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)池快(kuai)速(su)冷卻(que)(que)過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)TiN的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形核與(yu)長大(da)(da)(da)(da)，因(yin)此N1中(zhong)(zhong)(zhong)胞狀(zhuang)(zhuang)TiN的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀尺(chi)寸(cun)較大(da)(da)(da)(da)。另一(yi)方面，由于(yu)N2、N3中(zhong)(zhong)(zhong)TiN含量(liang)(liang)(liang)比較低，在(zai)(zai)激光熔(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)覆(fu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)快(kuai)速(su)冷卻(que)(que)過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)大(da)(da)(da)(da)多(duo)數TiN來不(bu)及長大(da)(da)(da)(da)，使(shi)(shi)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)TiN的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)較小。

圖(tu)3 復合(he)涂層的SEM照片 

圖(tu)(tu)(tu)4給出了(le)對(dui)(dui)熔(rong)(rong)覆(fu)層中(zhong)物(wu)(wu)(wu)質的(de)(de)(de)(de)EDS分析(xi)(xi)結(jie)果。由(you)能(neng)譜可(ke)見，熔(rong)(rong)覆(fu)層中(zhong)含有(you)大量(liang)的(de)(de)(de)(de)Ti、Al和V元(yuan)素(su)。這表(biao)明(ming)，在(zai)高能(neng)量(liang)密度的(de)(de)(de)(de)激光(guang)束作用下熔(rong)(rong)池與相鄰(lin)基體之間(jian)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)元(yuan)素(su)互相強烈擴散，實現(xian)了(le)復(fu)合(he)(he)涂(tu)層與基體呈現(xian)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)冶金(jin)結(jie)合(he)(he)。三種(zhong)試樣(yang)中(zhong)都有(you)灰(hui)色(se)連(lian)續物(wu)(wu)(wu)質，對(dui)(dui)圖(tu)(tu)(tu)3c中(zhong)的(de)(de)(de)(de)灰(hui)色(se)連(lian)續物(wu)(wu)(wu)質A進行了(le)EDS成分分析(xi)(xi)（圖(tu)(tu)(tu)4a）。結(jie)合(he)(he)XRD可(ke)知(zhi)，灰(hui)色(se)連(lian)續物(wu)(wu)(wu)質A是由(you)γ-Ni基固溶體和TiNi化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)組(zu)成。TiNi有(you)很好(hao)的(de)(de)(de)(de)延展性、韌性和塑性[17]。TiNi的(de)(de)(de)(de)存在(zai)能(neng)提高涂(tu)層的(de)(de)(de)(de)摩擦學性能(neng)。在(zai)三種(zhong)復(fu)合(he)(he)涂(tu)層中(zhong)都彌散分布著不(bu)規則的(de)(de)(de)(de)黑(hei)(hei)色(se)塊狀(zhuang)物(wu)(wu)(wu)質（圖(tu)(tu)(tu)3b, e, f），對(dui)(dui)圖(tu)(tu)(tu)3f中(zhong)的(de)(de)(de)(de)黑(hei)(hei)色(se)塊狀(zhuang)物(wu)(wu)(wu)質B進行了(le)EDS成分分析(xi)(xi)，結(jie)果在(zai)圖(tu)(tu)(tu) 4b中(zhong)給出。由(you)于Cr原(yuan)子和Ti原(yuan)子具(ju)有(you)相似(si)的(de)(de)(de)(de)半徑和電負性，Ti-Ni化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)中(zhong)Ti的(de)(de)(de)(de)晶格位置可(ke)能(neng)被Cr取代。結(jie)合(he)(he)XRD和EDS的(de)(de)(de)(de)分析(xi)(xi)，可(ke)以確定黑(hei)(hei)色(se)塊狀(zhuang)物(wu)(wu)(wu)質為Ti-Ni化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)(wu)[18]。

圖4 復合涂層的(de)SEM照片(pian)和EDS分析結(jie)果 

2.2 涂(tu)層的硬度

圖5給出了(le)三種(zhong)試(shi)(shi)樣(yang)的(de)(de)顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)隨(sui)層(ceng)(ceng)深(shen)方向(xiang)的(de)(de)變化(hua)曲線。由圖5可見，三個試(shi)(shi)樣(yang)的(de)(de)顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)沿層(ceng)(ceng)深(shen)方向(xiang)的(de)(de)分布十分相似。按照(zhao)基(ji)體(ti)、熱影響區、熔(rong)(rong)覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)次序，顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)呈現(xian)逐(zhu)漸升高(gao)的(de)(de)變化(hua)趨勢；三種(zhong)試(shi)(shi)樣(yang)熔(rong)(rong)覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)平(ping)均顯(xian)微(wei)硬(ying)(ying)度(du)分別為1067.5HV0.3（N1）、1137.1HV0.3（N2）、1104.8HV0.3（N3），大約是基(ji)體(ti)（370HV0.3）的(de)(de)2.9~3.0倍。在(zai)激(ji)光熔(rong)(rong)覆(fu)(fu)過(guo)程中熔(rong)(rong)覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)微(wei)觀組(zu)織重新組(zu)合(he)，在(zai)結晶(jing)(jing)過(guo)程中晶(jing)(jing)粒細化(hua)，對熔(rong)(rong)覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)產生了(le)細晶(jing)(jing)強(qiang)化(hua)的(de)(de)效果(guo)(guo)。同時(shi)，在(zai)熔(rong)(rong)覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)中彌散分布的(de)(de)Ti-Ni、TiMo、TiN等硬(ying)(ying)質(zhi)增強(qiang)相產生了(le)彌散強(qiang)化(hua)效果(guo)(guo)，使熔(rong)(rong)覆(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)顯(xian)著(zhu)提高(gao)。硬(ying)(ying)質(zhi)相/軟質(zhi)相復合(he)組(zu)織具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)(de)硬(ying)(ying)化(hua)能(neng)(neng)力和塑性儲備能(neng)(neng)力[19],因此復合(he)涂層(ceng)(ceng)的(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)比基(ji)體(ti)有(you)顯(xian)著(zhu)的(de)(de)提高(gao)。

圖5 復合涂層的顯(xian)微硬度分布 

復(fu)合涂層(ceng)(ceng)沿著層(ceng)(ceng)深方向(xiang)可分(fen)為(wei)(wei)兩個部分(fen)：熔(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)和熱(re)(re)(re)(re)影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)。三(san)種試樣的(de)(de)(de)熔(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)厚度分(fen)別為(wei)(wei)0.7 mm（N1）、0.8 mm（N2）、0.9 mm（N3）。三(san)種熔(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)厚度不(bu)同，可能是TiN含量(liang)不(bu)同所(suo)致。TiN的(de)(de)(de)熔(rong)(rong)點(dian)（3290℃）比(bi)較高(gao)，較多的(de)(de)(de)TiN熔(rong)(rong)化需要輸入較多的(de)(de)(de)能量(liang)。因(yin)此，在輸入相同激(ji)光(guang)能量(liang)的(de)(de)(de)條件下(xia)N1中(zhong)氮化鈦的(de)(de)(de)含量(liang)最多，使得N1的(de)(de)(de)熔(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)厚度最薄。如圖5所(suo)示，復(fu)合涂層(ceng)(ceng)熱(re)(re)(re)(re)影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)顯微硬(ying)(ying)度急劇下(xia)降。其原因(yin)是，在激(ji)光(guang)熔(rong)(rong)覆(fu)的(de)(de)(de)過程中(zhong)部分(fen)基體Ti-6Al-4V合金熔(rong)(rong)化，其中(zhong)的(de)(de)(de)元素滲入到熔(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)中(zhong)使熔(rong)(rong)覆(fu)層(ceng)(ceng)稀(xi)釋，導致熱(re)(re)(re)(re)影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度下(xia)降。但(dan)是，熱(re)(re)(re)(re)影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)顯微硬(ying)(ying)度仍(reng)然比(bi)基體Ti-6Al-4V合金高(gao)許多，因(yin)為(wei)(wei)快速加熱(re)(re)(re)(re)和淬火效果提高(gao)了熱(re)(re)(re)(re)影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度。熱(re)(re)(re)(re)影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)緩沖作用，有利于涂層(ceng)(ceng)和基體的(de)(de)(de)結合。

2.3 涂層的摩(mo)擦學性能
圖6給出(chu)(chu)了(le)在(zai)98N載荷作用下(xia)三(san)種(zhong)(zhong)試(shi)(shi)樣和基(ji)(ji)體(ti)Ti-6Al-4V合(he)金與WC陶瓷球對磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)時的(de)(de)(de)(de)室溫摩(mo)(mo)擦(ca)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)曲(qu)線。基(ji)(ji)體(ti)和三(san)種(zhong)(zhong)試(shi)(shi)樣的(de)(de)(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)分別為(wei)0.3535（基(ji)(ji)體(ti)）、0.4296（N1）、0.3199（N2）、0.4593（N3）。從圖6可(ke)見(jian)，復合(he)涂層(ceng)的(de)(de)(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)曲(qu)線可(ke)以分為(wei)2個(ge)階(jie)(jie)段(duan)：初始(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)階(jie)(jie)段(duan)和穩(wen)定(ding)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)階(jie)(jie)段(duan)。在(zai)摩(mo)(mo)擦(ca)的(de)(de)(de)(de)初始(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)階(jie)(jie)段(duan)（大(da)約(yue)5 min），N1、N3的(de)(de)(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)隨(sui)著磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)時間的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加而增(zeng)大(da)，這是(shi)涂層(ceng)中(zhong)一些(xie)晶粒(li)較大(da)的(de)(de)(de)(de)硬質(zhi)相凸起造成的(de)(de)(de)(de)。N2摩(mo)(mo)擦(ca)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)曲(qu)線的(de)(de)(de)(de)初始(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)階(jie)(jie)段(duan)在(zai)快速增(zeng)長后出(chu)(chu)現了(le)臺(tai)階(jie)(jie)式的(de)(de)(de)(de)增(zeng)長期，大(da)約(yue)5 min后進入穩(wen)定(ding)階(jie)(jie)段(duan)。在(zai)一定(ding)程度上，平(ping)(ping)緩的(de)(de)(de)(de)增(zeng)長期反(fan)映(ying)出(chu)(chu)涂層(ceng)良(liang)好的(de)(de)(de)(de)耐磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)性。基(ji)(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)在(zai)短時間內顯(xian)著升高，然(ran)后下(xia)降再慢慢趨于穩(wen)定(ding)。其原因(yin)是(shi)，基(ji)(ji)體(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)軟(ruan)質(zhi)相沒有硬質(zhi)相的(de)(de)(de)(de)支撐(cheng)先被磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)，軟(ruan)質(zhi)層(ceng)被磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)完后摩(mo)(mo)擦(ca)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)值迅(xun)速下(xia)降，隨(sui)著磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)時間的(de)(de)(de)(de)延長漸漸趨于平(ping)(ping)穩(wen)。

圖6 復合涂層的室(shi)溫磨擦系數(shu) 

N1和(he)(he)N3摩擦(ca)系(xi)數(shu)明顯比基體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)高(gao)，如圖6所示。如上所述(shu)，TiN的(de)(de)(de)(de)含(han)量和(he)(he)Ti-Ni化合(he)(he)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)類(lei)別對(dui)涂層(ceng)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度和(he)(he)耐(nai)磨性有很(hen)大的(de)(de)(de)(de)影響，TiN和(he)(he)Ti-Ni化合(he)(he)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)存在是提(ti)高(gao)涂層(ceng)耐(nai)磨性的(de)(de)(de)(de)主要因素。在干滑(hua)動摩擦(ca)過(guo)程中(zhong)，N1、N3復合(he)(he)涂層(ceng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)質增強相(xiang)造成(cheng)雙體(ti)(ti)磨料磨損。隨(sui)著摩擦(ca)時(shi)間的(de)(de)(de)(de)延長一些(xie)硬(ying)質增強相(xiang)剝落(luo)，磨損機(ji)理(li)由二(er)體(ti)(ti)磨料磨損轉化為三體(ti)(ti)磨料磨損，使摩擦(ca)力(li)和(he)(he)摩擦(ca)系(xi)數(shu)變大。隨(sui)著摩擦(ca)的(de)(de)(de)(de)進行，基體(ti)(ti)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)溫度逐漸(jian)升高(gao)并在表(biao)面(mian)生成(cheng)一層(ceng)氧化物(wu)(wu)薄膜。這層(ceng)薄膜在一定程度上起固體(ti)(ti)潤(run)滑(hua)劑(ji)作用，從而使Ti-6Al-4V合(he)(he)金表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)摩擦(ca)系(xi)數(shu)較(jiao)低。結(jie)合(he)(he)N2的(de)(de)(de)(de)XRD分析圖譜可知，N2涂層(ceng)中(zhong)TiNi的(de)(de)(de)(de)含(han)量較(jiao)高(gao)，大大提(ti)高(gao)了涂層(ceng)的(de)(de)(de)(de)韌性。而硬(ying)質相(xiang)（TiMo、Ti2Ni、TiN）/軟質相(xiang)（TiNi）復合(he)(he)組織(zhi)具有較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)化能(neng)(neng)力(li)和(he)(he)塑(su)性儲備(bei)能(neng)(neng)力(li)，有利于提(ti)高(gao)涂層(ceng)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)磨性。同(tong)時(shi)，涂層(ceng)中(zhong)有MoS2和(he)(he)原位生成(cheng)的(de)(de)(de)(de)TiS潤(run)滑(hua)相(xiang)，在干滑(hua)動摩擦(ca)過(guo)程中(zhong)形成(cheng)潤(run)滑(hua)轉移膜，提(ti)高(gao)了涂層(ceng)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)磨性，因此N2復合(he)(he)涂層(ceng)的(de)(de)(de)(de)摩擦(ca)系(xi)數(shu)較(jiao)小。

圖7給出(chu)了三(san)種(zhong)(zhong)試(shi)樣(yang)和基體(ti)(ti)的磨損(sun)量。由圖7可見，隨著TiN含(han)量的提(ti)高涂(tu)層(ceng)的磨損(sun)質量先減小(xiao)(xiao)后增(zeng)(zeng)加。當(dang)TiN含(han)量為25%時，涂(tu)層(ceng)的磨損(sun)質量最小(xiao)(xiao)。在相同的磨損(sun)條(tiao)件下，基體(ti)(ti)的磨損(sun)量比三(san)種(zhong)(zhong)試(shi)樣(yang)的磨損(sun)量都高。結果表(biao)明(ming)，基體(ti)(ti)的磨損(sun)質量損(sun)失分(fen)別(bie)是(shi)三(san)種(zhong)(zhong)試(shi)樣(yang)的3.03倍（N1），5.36倍（N2），2.46倍（N3）。其(qi)原因是(shi)，復合(he)涂(tu)層(ceng)獨(du)特微觀結構特征和分(fen)布在其(qi)中的TiN、TiMo、Ti2Ni、MoS2和TiS等增(zeng)(zeng)強相、潤滑(hua)相的綜(zong)合(he)作(zuo)用，使其(qi)磨損(sun)質量較(jiao)小(xiao)(xiao)。這(zhe)表(biao)明(ming)，復合(he)涂(tu)層(ceng)比基體(ti)(ti)Ti-6Al-4V合(he)金具有更好(hao)的耐磨性能(neng)。

圖7 復合涂層和(he)基體(ti)的磨損量 

圖(tu)(tu)8給出了(le)(le)(le)基(ji)體(ti)和(he)試樣N1、N2、N3的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)形貌。可以看出，Ti-6Al-4V合(he)金基(ji)體(ti)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)表(biao)(biao)面(mian)(mian)發生了(le)(le)(le)嚴重的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)變形和(he)出現(xian)了(le)(le)(le)較深的(de)(de)(de)(de)(de)(de)犁(li)溝(gou)（圖(tu)(tu)8a）。其原因是(shi)(shi)，基(ji)體(ti)表(biao)(biao)面(mian)(mian)受到硬質摩擦副（WC陶(tao)瓷球(qiu)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)正應(ying)力(li)作用產生應(ying)力(li)集中，沿基(ji)體(ti)軟質表(biao)(biao)面(mian)(mian)滑移(yi)線發生了(le)(le)(le)連續塑性(xing)剪切。經過一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)后產生磨(mo)(mo)屑，造成磨(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)損(sun)(sun)[3],表(biao)(biao)明Ti-6Al-4V合(he)金基(ji)體(ti)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)機理是(shi)(shi)磨(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)損(sun)(sun)和(he)塑性(xing)變形。復(fu)(fu)合(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)表(biao)(biao)面(mian)(mian)具有磨(mo)(mo)屑、剝落(luo)坑和(he)窄淺(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)犁(li)溝(gou)特(te)征(zheng)（圖(tu)(tu)8b,c,d），表(biao)(biao)明復(fu)(fu)合(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)機理是(shi)(shi)輕微的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)變形和(he)磨(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)損(sun)(sun)。三(san)種復(fu)(fu)合(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)犁(li)溝(gou)比(bi)基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)窄和(he)淺(qian)，而(er)且沒(mei)有明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)變形，說明復(fu)(fu)合(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)比(bi)基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐磨(mo)(mo)性(xing)更好。這些結(jie)果表(biao)(biao)明，復(fu)(fu)合(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強化相(xiang)和(he)潤滑相(xiang)提高(gao)了(le)(le)(le)其耐磨(mo)(mo)性(xing)。

圖8 復合涂層和(he)基體磨(mo)損的(de)形貌(mao)SEM照片 

3 結論

（1） 以NiCrBSi、TiN和Ni包MoS2為熔覆材料，采用激光熔覆技術可在Ti-6Al-4V合金表(biao)面制備以TiN、TiMo和Ti-Ni金屬(shu)間化合物增強相(xiang)、以MoS2和TiS為潤滑相(xiang)并與基體冶金結合成(cheng)良好的耐磨復合涂層。

（2） 與Ti-6Al-4V合(he)金相比，復(fu)合(he)涂(tu)層的(de)硬度(du)和耐磨性(xing)有較大(da)的(de)提(ti)高(gao)。N1、N2、N3復(fu)合(he)涂(tu)層的(de)平均顯微硬度(du)分別為(wei)1067.5、1137.1、1104.8HV0.3,遠高(gao)于基(ji)體(ti)的(de)硬度(du)（約為(wei)370HV0.3）；三種復(fu)合(he)涂(tu)層的(de)摩擦系數都(dou)較為(wei)穩定，N2復(fu)合(he)涂(tu)層的(de)摩擦系數（0.3199）和磨損量(liang)（2.2 mg）最(zui)低，N2涂(tu)層的(de)磨損量(liang)約為(wei)鈦合(he)金基(ji)體(ti)的(de) 15 （11.8 mg）。

（3） 使用50%Ni-25%TiN-25%Ni包MoS2的(de)(de)粉末配(pei)比制備的(de)(de)涂層，其(qi)耐磨性最好。