Ti811和TC4钛合金基材属性对激光熔覆自润滑耐磨复合涂层组织与性能的影响

李蕊; 王浩

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20211201.003

Ti811和TC4钛合金基材属性对激光熔覆自润滑耐磨复合涂层组织与性能的影响

李蕊^,,
王浩

中国民航大学　工程技术训练中心，天津 300300

基金项目: 国家自然科学民航联合研究基金(U1633104)；天津市科委教研计划项目(2019KJ119)；中央高校科研基本业务费(3122017017)

详细信息

通讯作者:
李蕊，硕士，讲师，研究方向为材料表面改性　E-mail: ruili@cauc.edu.cn

中图分类号: TG174.44
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出版历程
- 收稿日期: 2021-10-25
- 修回日期: 2021-11-23
- 录用日期: 2021-11-24
- 网络出版日期: 2021-12-02
- 刊出日期: 2022-11-30

Effect of Ti811 and TC4 titanium alloy substrate on microstructures and properties of laser cladding self-lubricating composite coatings

LI Rui^,,
WANG Hao

Engineering Technology Training Center, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China

摘要

摘要: 为研究不同钛合金基材对激光熔覆自润滑耐磨涂层组织与性能的影响，采用同轴送粉技术，在Ti811合金和TC4合金表面分别熔覆TC4、Ni45、Al₂O₃、MoS₂和稀土氧化物Y₂O₃混合粉末，用渗透测试观察熔覆层表面裂纹分布，利用SEM、EDS、XRD等测试技术分析激光熔覆层的元素分布及物相组成，并表征熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能。基材元素成分不同导致涂层物相差异，V元素含量高的TC4合金涂层α-Ti的析出比Ti811合金的少；并且基材的热物理性能对涂层裂纹分布、组织形貌与性能具有显著影响，导热系数低且密度高的TC4合金激光熔覆温度梯度较小，涂层裂纹面积较小，稀释率大，涂层组织更粗大；由于Ti811合金导热性好，冷却速度高，涂层组织更细小，硬度更高，平均硬度达到1303.5 HV_0.5。两种熔覆层磨损量降低，摩擦系数均降至0.3以下。硬质相强化和软质相润滑的共同作用可提高熔覆表面的耐磨性能。
- 激光熔覆 /
- 复合涂层 /
- 钛合金 /
- 显微组织 /
- 摩擦磨损性能
Abstract: In order to research the effect of substrate on microstructure and properties of laser cladding self-lubricating coating, laser cladding was carried out on the surface of Ti811 alloy and TC4 alloy by coaxial powder-feeding laser cladding technology using TC4, Ni45, Al₂O₃, MoS₂ and rare earth oxide Y₂O₃ powder mixture as cladding material. The surface crack distribution of cladding layer was observed by penetration test. The elemental distribution and microstructure of coatings were analyzed by SEM, EDS and XRD. Microhardness and tribological properties of the coatings were examined. The results show that the element composition on the substrate can cause the difference of cladding layer phases. Because of the high content of element V, the precipitation of α-Ti on TC4 alloy is less than that of the laser cladding layer on Ti811 alloy. The thermal conductivity of substrates has a significantly impact on the microstructure and performance of the coatings. Because of low thermal conductivity and high density, TC4 alloy has low temperature gradient during laser cladding. As a result, the coating on TC4 alloy has less cracks, higher dilution rate, and coarser microstructure. The average hardness of coating on Ti811 substrate reaches up to 1303.5 HV_0.5 attributes to its good conductivity and high cooling rate. The wear mass losing of the cladding coatings on two alloys is significantly reduced, and the average friction coefficient drops to below 0.3. Due to the reinforcement of hard phase and anti-fiction of soft phase, laser cladding coatings on different substrates both have excellent wear resistance property.
- laser cladding /
- composite coatings /
- titanium alloy /
- microstructure /
- tribological properties

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钛合金的密度比钢小约40%，而强度与钢相当^[1]，并且钛合金的耐热性、耐蚀性、成形加工性能良好，从一出现就被应用于航空工业^[2]，是航空器制造的主要结构材料，也是航空发动机压气机轮盘和叶片等重要构件的首选材质，其用量是衡量航空器及航空发动机先进性的重要指标之一，被誉为“太空金属”^[3]。按相组成钛合金可分为α型(包括近α型)钛合金、α+β型钛合金和β型钛合金^[4]三种。其中，β型钛合金的蠕变抗力和耐热稳定性在300℃以上会急剧下降^[5]，因而很少将此类钛合金应用于航空发动机。α型和近α型钛合金具有良好的抗蠕变性能和焊接性并适合于高温环境下的使用。α+β型钛合金不仅具有良好的热加工性能而且在中高温环境下综合性能良好。因此，α型、近α型和α+β型钛合金被广泛应用于航空发动机的制造。但钛合金表面硬度低、摩擦系数大、耐磨性差能等缺点制约了构件在摩擦工况下的使用寿命^[6-8]，对钛合金进行表面改性颇为重要。

激光熔覆技术是以高能激光束为热源，配置保护气氛，采用送粉装置或粉末预置方式，在基材表面获得具有耐磨、耐蚀等特定性能涂层的表面改性方法^[9-10]，具有工件变形小、热影响区小、熔覆层成分和稀释度可控等优点^[11]。钛合金表面制备高硬度、低摩擦系数、具有良好自润滑性能的激光熔覆复合涂层已成为近年来钛合金表面改性领域的研究热点。孙荣禄等^[12]利用Nd∶YAG激光器在TC4合金表面熔覆Ni60+Ni/MoS₂混合粉末，形成TiC增强相与Cr_xS_y自润滑颗粒均匀分布的熔覆层，在两者共同作用下，熔覆表面具备较高的耐磨性和低而平稳的摩擦系数。Liu^[13]等在Ti-6Al-4V基体表面熔覆制备了NiCr/Cr₃C₂-WS₂耐磨自润滑复合涂层，涂层在室温至600℃温度区间内具有较低的摩擦系数。石皋莲等^[14]在TA2钛合金表面预置Ti+TiC+WS₂复合粉末，Ti₂SC/TiS复合涂层的平均硬度达HV 1005.4，涂层摩擦系数波动平缓，涂层兼具高硬和耐磨的特征。刘亚楠等^[15]在TC4基材表面制备添加稀土元素并含润滑相Ti₃SiC₂的复合熔覆层，在稀土元素细化晶粒、净化组织的作用下，涂层显微硬度达到 HV 1400，摩擦系数降低至0.22~0.24。王勇刚等^[16]在TC11钛合金表面制备的NiCrBSi-Ti₃SiC₂-CaF₂-WC涂层综合性能优良，在高温条件下仍具有较低的摩擦系数和磨损量。

综上，现有研究主要是针对特定钛合金基材熔覆自润滑复合涂层的工艺探索。然而，涂层的性能与基材的属性密切相关。刘发兰等^[17]的研究表明相同激光熔覆工艺条件下，不同合金基材表面形成的涂层性能相差甚远。TC4合金和Ti811合金是两种极具代表性和应用前景的钛基合金，α+β型TC4合金是目前应用最为广泛的钛合金，α型Ti811合金是所有工业钛合金中比强度最高的^[18]。本文以上述两种典型钛合金为基材，采用同轴送粉技术，开展激光熔覆试验，分析基材成分、物理性能等基材固有属性对所制备熔覆层组织形貌和性能的影响规律与机制，为自润滑复合涂层在更广泛基材上开展应用提供理论指导。

1. 实验材料及方法

实验用基体材料TC4合金和Ti811合金的化学成分见表1。利用电火花线切割方式分割两种基材得到尺寸为60 mm×40 mm×10 mm的试块，以60 mm×40 mm面为熔覆表面，应用喷丸处理，去除基体表面氧化层及污物，用无水乙醇清洗后干燥待用。

表 1 Ti811和TC4合金主要化学成分

Table 1. Main chemical composition of Ti811 and TC4 alloy wt%

Material	Al	V	Mo	C	N	Fe	O	Ti
Ti811	8.10	0.99	1.05	0.03	0.01	0.05	0.06	Banlance
TC4	6.01	3.80	–	0.10	0.05	0.30	0.20	Banlance

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实验选取的熔覆材料体系为TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y₂O₃复合粉末(简称为LC)，其中，TC4、Ni45、Al₂O₃和MoS₂粉末的尺寸粒度在60~120 μm范围内，纯度>99%；Y₂O₃粉末尺寸粒度在40 μm左右，纯度>99%。TC4粉末和Ni45粉末的化学成分如表2所示。基于前期研究结果，选用质量分数为20wt%TC4、64wt%Ni45、10wt%Al₂O₃、5wt%MoS₂和1wt%Y₂O₃的熔覆粉末。在实验前采用球磨机将合金粉末机械搅拌，并真空烘干以备用。

表 2 TC4和Ni45粉末主要化学成分

Table 2. Main chemical composition of TC4 and Ni45 powders wt%

Material	Al	V	Fe	C	N	O	H	Cr	B	Si	Ni	Ti
TC4	5.5-6.8	3.5-4.5	0.30	0.10	0.05	0.20	0.015	–	–	–	–	Bal.
Ni45	–	–	3.00	0.35	–	–	–	8.9	1.8	4.0	Bal.	–

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试验采用型号为TRULASER Cell 7040的激光加工中心，激光器型号为通快TRUMPF Laser TruDisk 4002，主要工艺参数见表3。制备LC/Ti811(Ti811基体表面激光熔覆层)试样和LC/TC4(TC4基体表面激光熔覆层)试样。

表 3 激光熔覆试验工艺参数

Table 3. Process parameters of laser cladding experiment

Laser power/W	Laser scanning velocity/(mm·min⁻¹)	Beam diameter/mm	Power feeding rate/(r·min⁻¹)	Discharge of power gas/(L·min⁻¹)	Protective gas flow/(L·min⁻¹)	Laser focal length/mm	Multi-path rate/%
900	400	3	1.4	7	11	16	50

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利用BRUKER D8 Advance型X射线衍射仪(XRD)分析熔覆层的物相组成；采用NavaNanoSEM 430型扫描电镜(SEM)观察熔覆层的微观组织结构；采用SEM-EDS进行材料微区元素组成与含量分析；采用HV-1000Z型显微硬度计测量熔覆层的显微硬度，加载载荷500 g，保载时间10 s，沿涂层表面至基体每隔0.1 mm测定一个显微硬度值，同一水平方向上打三个点，取其平均值绘制硬度曲线。将LC/Ti811和LC/TC4试样表面磨削至粗糙度R_a=0.2 mm，使用线切割机切割成25 mm×7 mm×7 mm的长方体试样，使用M-2000Z型摩擦磨损试验机进行测试，采用环块式摩擦接触方式，摩擦对偶材料为GCr15，载荷F=50 N，转速r=200 r/min，时间t=30 min。使用高精度分析天平测量试样磨损前后的质量，并计算磨损量。

2. 结果与讨论

2.1 激光熔覆层的宏观形貌

SEM观察LC/Ti811和LC/TC4试样的熔覆表面形貌如图1(a)和图1(c)所示，多道搭接的熔覆表面连续均匀，成形状况良好。经渗透测试，熔覆层宏观裂纹特征如图1(b)和图1(d)所示，可见首条熔道上的裂纹多沿垂直于扫描速度的方向开裂，这是由于沿激光扫描方向的残余拉应力最大^[19]，在随后熔道搭接过程中，裂纹在应力作用下发生扩展和交叉，最终形成网状结构的裂纹。对比LC/TC4试样，LC/Ti811试样在首条熔道处的裂纹数目多，裂纹尺寸粗大；随熔道的搭接LC/Ti811试样的裂纹扩展范围较LC/TC4试样略小，但裂纹总面积更大，因此LC/Ti811试样的开裂敏感性高于LC/TC4试样。

图 1 激光熔覆层的表面形貌

Figure 1. Surface morphologies of laser cladding layer

LC— TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y2O₃

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通过SEM观察LC/Ti811、LC/TC4试样横截面宏观形貌，如图2所示，可以观察到各涂层内部组织致密均匀，涂层与基底形成良好的冶金结合，试样熔覆表面较平整，内部有少量气孔存在。单位面积内LC/Ti811试样涂层的气孔数量明显多于LC/TC4试样，涂层气孔处应力容易集中，较少的气孔数目有利于减少裂纹的出现。LC/Ti811、LC/TC4试样的涂层厚度分别为1.76 mm和1.90 mm，故LC/TC4试样的稀释率较LC/Ti811试样大。在LC/TC4试样的熔覆区域观察到一处粗裂纹。该裂纹断面平齐，有二次裂纹的产生，是典型的脆性断口，断口处发亮，无明显氧化色，可判定为冷裂纹的范畴。

图 2 不同基材熔覆层宏观截面图

Figure 2. Cross section macrograph of laser cladding coatings with different substrate

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相关研究表明^[20]，熔覆层开裂由残余应力诱发，当残余应力数值高于材料的抗拉强度时微裂纹萌生。残余应力主要包括热残余应力、约束残余应力和组织应力三类，其中，热应力由涂层与基体热膨胀系数的差异而产生^[21]，裂纹优先从基体与熔覆层的界面处起裂；组织应力也源于基体与熔覆层的结合区；只有约束残余应力导致冷却速度最快的涂层表面优先起裂^[22]。图中裂纹起源于熔覆层上表面，终止于熔覆层内，可推断该裂纹生成及扩展的主要驱动力为残余约束应力，该类裂纹形成与熔覆过程的高温度梯度和材料的高硬性有关^[23]。

2.2 基材属性对熔覆层裂纹分布的影响

2.2.1 基材属性与热应力的关系

异种基材的激光熔覆裂纹敏感性分析首先考虑其热物性参数的差异，热物性参数的差异往往决定着基体与熔覆层之间结合强度。热物性参数的不匹配使熔覆层产生一定的拉应力，熔覆层沿某一方向的拉应力可以表示为

${\sigma _T} = E \Delta \alpha \Delta T/(1 - \nu )$

(1)

式中：E为熔覆材料的弹性模量；Δα为基体材料与熔覆层材料的热膨胀系数差值；ΔT为试样熔覆时中心温度与熔覆初始温度的差值； $\nu$ 为熔覆材料的泊松比。

由式(1)可知，工艺参数相同的情况下，熔覆层内的拉应力主要由基体与熔覆层材料的热物性参数决定，拉应力的产生为裂纹的形成提供了必要条件^[24-25]。本试验所用基体材料和熔覆层主要产物的热物性参数如表4所示。对比可知熔覆层内主要产物TiC和Ti₂Ni与两种基材金属的密度、热物性参数相近^[26]，热膨胀系数差异较小，因此以原位合成均匀弥散分布的TiC和Ti₂Ni为主要生成物的熔覆层的残余热应力值较低，这进一步证明热应力并非熔覆层内裂纹形成的主要原因。

表 4 Ti811和TC4合金与熔覆层主要生成物在20℃下的性能^[27-29]

Table 4. Performances of Ti811 alloy, TC4 alloy and major products in cladding layer at 20℃^[27-29]

Material	Density/ (kg·m^–3)	Thermal conductivity/ (W·m⁻¹·K⁻¹)	Coefficient of linear expansion/(μm·℃⁻¹)	Elastic modulus/ GPa	Yield strength/ MPa	Elongation/ %	Hardness/ HV
Ti811	4350	7.25	8.53	118	950	17	390
TC4	4440	6.43	9.00	100	830	10	330
TiC	4990	–	6.50-7.15	440	–	–	–
Ti₂Ni	5770	–	4.05	128	–	–	–

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2.2.2 基材属性与约束应力的关系

通过分析本试验试样熔覆层内裂纹形态特征和热残余应力的产生条件，可确定LC/Ti811、LC/TC4试样熔覆层内裂纹主要成因是约束应力。激光熔覆具有快速加热和快速冷却的特点，激光束与材料之间的相互作用时间极短，涂层及基体经历急热、熔化、急冷、最后到凝固，部分材料急速加热迅速膨胀，但是周围温度低的区域会约束这种热膨胀，此时约束应力就产生了，约束应力增大到一定值后释放便会形成裂纹。结合文献[21, 23]分析，推测LC/Ti811试样较LC/TC4试样初始裂纹数量多、裂纹面积大原因来自两方面：其一，Ti811合金和涂层的硬度高于TC4合金和涂层的硬度；其二，LC/Ti811试样激光熔覆过程的温度梯度大于LC/TC4试样。

激光熔覆过程的热传导微分方程可表示为^[30-31]

$\rho C\frac{{\partial T}}{{\partial {{t}}}} = \frac{\partial }{{\partial x}}\left({\lambda _x}\frac{{\partial T}}{{\partial x}}\right) + \frac{\partial }{{\partial y}}\left({\lambda _y}\frac{{\partial T}}{{\partial y}}\right) + \frac{\partial }{{\partial {\textit{z}}}}\left({\lambda _{\textit{z}}}\frac{{\partial T}}{{\partial {\textit{z}}}}\right) + \frac{{\partial {Q_y}}}{{\partial t}}$

(2)

由于导热材料具有各向同性的特点，因此λ=λ_x=λ_y=λ_z，因而式(2)可简化为

$\rho C\frac{{\partial T}}{{\partial {{t}}}} = \frac{\partial }{{\partial x}}\left(\lambda \frac{{\partial T}}{{\partial x}}\right) + \frac{\partial }{{\partial y}}\left(\lambda \frac{{\partial T}}{{\partial y}}\right) + \frac{\partial }{{\partial {\textit{z}}}}\left(\lambda \frac{{\partial T}}{{\partial {\textit{z}}}}\right) + \frac{{\partial {Q_y}}}{{\partial t}}$

(3)

式中：λ为导热系数；ρ为密度；C为比热容；Q_y为单位体积损失的热量；t为时间；下标x、y、z为坐标系的坐标。可见，热传导过程由材料的热物理性能决定，与材料的导热系数呈正相关，与材料的密度和比热容呈负相关。激光熔覆过程材料受热熔化后迅速冷却凝固，材料的热物性质也会随温度的改变而发生变化。使用专业金相计算软件JmatPro对Ti811和TC4合金的热物理性能进行计算，两种合金的导热系数、密度、比热容随温度的变化规律如图3所示。对比可知，两种合金的比热容非常接近，但是，Ti811合金的密度在各温度范围内均显著低于TC4合金，Ti811合金的导热系数在低于α→β相变温度时明显高于TC4合金，温度升高至约800℃以上后，Ti811合金的导热系数值略低。因此，激光熔覆Ti811合金相比TC4合金的热传导速度快，尤其在冷却终止阶段，冷却速度更快，温度梯度更高。

图 3 Ti811合金和TC4合金热物理性能随温度变化图

Figure 3. Variation of thermal physical properties with temperature

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综上，Ti811合金和TC4合金熔覆层内裂纹的形成与生长主要由约束应力造成，由于Ti811合金的导热系数高，密度小，其表面在相同能量密度的激光辐照下，加热、冷却的传导速度快，温度梯度大；同时，Ti811合金和其表面熔覆涂层的硬度均明显高于TC4合金。在上述两种原因的共同影响下，Ti811合金表面的激光熔覆层裂纹数量多、裂纹面积大，具有更高的开裂敏感性。

2.3 基材属性对熔覆层物相的影响

LC/Ti811、LC/TC4试样熔覆层上表面的XRD图谱如图4所示，应用Jade软件对XRD数据与JCPDS标准粉末衍射卡片进行对比标定。从XRD结果分析，两种基材表面的熔覆涂层中主要包含的物相一致，包括α-Ti、Ti₂Ni、TiC、Al₂O₃和Cr_xS_y等。与熔覆材料相比，熔覆层中生成了新相Ti₂Ni和TiC，这是Ni45合金中的Ni和C分别与Ti反应形成的；熔覆层未检测到MoS₂相，这表明MoS₂发生了分解，分解出的S元素与熔池中的Cr元素发生化学反应，形成了多种比例的硫化物Cr_xS_y^[12]；熔覆层中未检测到Y₂O₃相，这是由于Y₂O₃加入量较少，XRD图谱中未能匹配到Y₂O₃对应的衍射峰。

图 4 TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y₂O₃(LC)/Ti811和LC/TC4试样的XRD图谱

Figure 4. XRD patterns of TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y₂O₃(LC)/Ti811 and LC/TC4 sample

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在高能激光束的辐照作用下，基体表面薄层和熔覆粉末同时熔化，稀释效应的作用使Ti等元素从基体进入熔池中，随后在熔池内发生复杂的化学反应；随着激光束的移动，熔池快速冷却凝固成为各种物相。本实验材料体系发生的主要反应为

${\text{Ni45}} \to {\text{L}}$

(4)

${\text{TC4}} \to {\text{L}}$

(5)

${\text{MoS}}_{\text{2}}\to \text{Mo+2S}$

(6)

${\text{L(Ti + C)}} \to {\text{TiC}}$

(7)

${\text{L(2Ti + Ni)}} \to {\text{T}}{{\text{i}}_{\text{2}}}{\text{Ni}}$

(8)

${\text{L}} \to {{{\text{β' -}} {\rm{Ti}}}} \to {{{\text{α'-}} {\rm{Ti}}}}$

(9)

$\text{L}(\text{Cr+S})\to {\text{Cr}}_{x}{\text{S}}_{y}{(y=x+1)}$

(10)

其中：式(4)~(6)为激光束照射时发生的主要反应，形成Ti-Ni-C-S-Cr等合金熔池；式(7)~(10)为激光束移开后发生的主要反应，形成熔覆层内的各物相；L都是液相(Liquid)的缩写。

对比LC/Ti811和LC/TC4试样的XRD图谱可见，LC/TC4试样的α-Ti衍射峰明显较低，TC4熔覆试样涂层内α-Ti生成量相对较少。这是由于TC4合金中含有约4%的V元素，V是典型的β同晶型稳定元素，当钛合金中包含足够量的β同晶型元素可使β相在室温下也能维持稳定。合金冷却过程中，V元素的加入增加β相区区域范围，降低β相转变为α相的相变温度，计算法^[32]得到V元素每增加1%，相变转变温度将下降16.5℃。使用JmatPro软件计算的Ti811和TC4合金的相变图证明上述分析，图5所示TC4合金由β相转变α相的相变温度较Ti811合金的相变温度低，并且相变区域温度范围也较小，故LC/TC4试样熔覆层内α-Ti物相较少。

图 5 Ti811合金和TC4合金加热相变图

Figure 5. Heat phase transition diagrams of Ti811 alloy and TC4 alloy

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2.4 基体属性对熔覆层微观组织的影响

通过SEM观察熔覆层显微组织，涂层中上部位置的组织形貌和EDS扫描分析结果如图6和表5所示，可见LC/Ti811、LC/TC4试样熔覆层内的熔覆组织均匀致密。

表 5 不同基材激光熔覆层特征相能谱分析结果

Table 5. Energy spectrum analysis results of feature phase of laser cladding coating with different substrate

			C	O	Al	Si	Ti	V	Cr	Ni
Sample LC/Ti811	A1	wt%	17.34	–	4.4	–	65.42	1.94	1.99	8.91
	A1	at%	45.11	–	5.09	–	42.67	1.19	1.19	4.74
	A2	wt%	12.66	–	6.05	–	56.1	1.99	2.38	20.82
	A2	at%	36.49	–	7.76	–	40.54	1.36	1.59	12.27
	A3	wt%	–	–	7.89	1.83	55.22	2.29	3.27	29.17
	A3	at%	–	–	13.79	3.08	54.35	2.12	2.97	23.42
	A4	wt%	7.51	–	3.93	–	85.24	0.28	0.47	2.58
	A4	at%	23.97	–	5.58	–	68.21	0.21	0.34	1.68
	A5	wt%	4.27	–	4.49	–	88.38	–	–	2.86
	A5	at%	14.72	–	6.89	–	76.38	–	–	2.02
	A6	wt%	7.31	6.85	7.43	–	60.98	–	–	17.42
	A6	at%	21.13	14.86	9.55	–	44.17	–	–	10.29
Sample LC/TC4	B1	wt%	14.43	–	3.01	–	65.42	0.74	1.47	14.93
	B1	at%	44.16	–	4.1	–	42.67	0.54	2.04	6.49
	B2	wt%	13.32	–	5.2	–	57.15	1.13	2.68	20.52
	B2	at%	37.44	–	7.00	–	44.04	0.82	1.91	8.68
	B3	wt%	2.84	–	4.9	–	86.51	0.88	2.57	2.92
	B3	at%	9.35	–	7.17	–	78.97	0.69	1.95	1.87
	B4	wt%	–	3.97	8	–	51.80	2.56	4.74	28.84
	B4	at%	–	10.98	13.11	–	47.81	2.22	4.03	21.72

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图 6 不同基材激光熔覆层微观组织形貌

Figure 6. Microstructure of laser cladding coating with different substrate

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LC/Ti811试样涂层内主要包括枝晶状相A1、近等轴球状相A2、不规则网状相A3、花瓣状相A4、球状相A5和点状混合聚集相A6。LC/TC4试样涂层内主要包括树枝晶状相B1、枝晶状相B2、近球状相B3和不规则网状相B4。上述物相的EDS检测分析显示LC/Ti811试样枝晶状相A1、近球状相A2和LC/TC4试样树枝晶状相B1、枝晶状相B2主要由Ti和C两种元素组成，其原子数比接近1∶1；LC/Ti811试样不规则网状相A3和LC/TC4试样不规则网状相B4主要由Ti和Ni两种元素组成，其原子数比约为2∶1；LC/Ti811试样球状相A4、花瓣状相A5，和LC/TC4试样近球状相B3由Ti、Cr、Al、Ni等元素组成，其中Ti的质量分数均超过68wt%；LC/Ti811试样点状混合聚集相A6由Ti、Al、O、Ni、C多种元素组成，其中，Al和O元素的质量分数较高，原子比接近2∶3。综合EDS和XRD结果可确定熔覆层中的枝晶状相A1、近球状相A2、树枝晶状相B1和枝晶状相B2为原位生成的TiC，不规则网状相A3和B4为金属间化合物Ti₂Ni，球状相A4、花瓣状相A5和近球状相B3为基底析出的α-Ti固溶体，点状聚集相A6为含有Al₂O₃的混合物。稀土氧化物Y₂O₃通过SEM不能观察到，但Y₂O₃的加入起到抑制晶体长大，细化晶粒的作用^[33-34]；MoS₂粉末在1600℃以上时将发生分解反应^[12]，分解的S与Cr形成化合物的Gibbs自由能比熔池内其他元素与S形成化合物的Gibbs自由能低，故S更易与Cr结合^[35]，推测SEM图像暗区内的灰色球状颗粒为Cr_xS_y。

两种基材的化学成分差异较小，制备试样的熔覆材料体系和工艺参数完全相同，故熔覆层内产物基本一致，并且钛基表面Ti₂Ni/TiC/Al₂O₃/Cr_xS_y复合涂层各产物形貌相接近。

进一步对比各试样SEM测试结果，可观察到熔覆层内微观组织的差别。首先，LC/TC4试样熔覆层内α-Ti析出量显著低于LC/Ti811试样，这是由于TC4合金内含有较高质量分数的β相稳定元素，抑制了β-Ti在828℃左右^[36]向α-Ti的转变，该结果与XRD测试分析结果相一致。其次，LC/TC4试样较LC/Ti811试样的显微组织尺寸更加粗大，这是由于LC/TC4试样在激光熔覆过程中熔池冷却速度慢，温度梯度小，熔池内的晶核有足够的时间长大；而LC/Ti811试样熔池冷却速度快，晶核快速冷却而来不及长大，因此获得的组织更加细小。

2.5 基体属性对熔覆层性能的影响

2.5.1 熔覆层显微硬度

LC/Ti811、LC/TC4试样横截面沿层深方向的显微硬度分布曲线如图7所示。两试样的硬度变化趋势与试样的熔覆层、结合层、基材三个区域相对应，呈现典型阶梯式降低的分布趋势。各试样熔覆层显微硬度较基体有不同程度的提高，分析其原因：(1) 熔覆层内均匀分布大量高硬陶瓷增强相TiC和Al₂O₃，具有弥散强化作用^[37]；(2) 试样熔覆层的组织细小，具有细晶强化作用。

LC/Ti811、LC/TC4试样熔覆层区域的平均显微硬度值分别为1303.5 HV_0.5和773.4 HV_0.5，LC/Ti811试样平均显微硬度提高至Ti811基体硬度的约3.4倍，但由于增强相分布的不均匀性和涂层内缺陷造成熔覆层的显微硬度有较大起伏。LC/TC4试样平均显微硬度提高至TC4基体硬度的约2.34倍。分析LC/Ti811、LC/TC4试样硬度相差较大的主要原因是：(1) TC4合金表面激光熔覆过程的温度梯度较小，导致涂层稀释率大，基材元素较多渗入涂层，影响了涂层的性能；(2) LC/TC4试样熔覆层内硬质颗粒晶粒尺寸较粗大。

图 7 LC/Ti811和LC/TC4熔覆层的显微硬度

Figure 7. Microhardness of LC/Ti811 coating and LC/TC4 coating

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2.5.2 熔覆层摩擦学性能

(1) 摩擦系数

两种涂层摩擦系数随摩擦磨损实验时间的变化趋势如图8所示。所有涂层的摩擦系数都随着磨损时间的增加呈迅速增大后逐渐平稳的趋势，摩擦系数长时间稳定在0.3以下，两试样的摩擦系数数值相差较小。

图 8 LC/Ti811和LC/TC4熔覆层的摩擦系数

Figure 8. Friction coefficient of LC/Ti811 coating and LC/TC4 coating

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(2) 磨损量

图9为基材试样和激光熔覆试样摩擦磨损测试的磨损量对比图，Ti811合金基材试样和LC/Ti811试样的磨损量分别为20 mg和1.3 mg，熔覆试样的磨损量较基材降低93.5%。TC4合金基材试样和LC/TC4试样的磨损量为19.7 mg和1.3 mg，熔覆试样磨损量降低93.4%，相同测试条件下复合涂层的耐磨性能远优于基体金属。

图 9 LC/Ti811和LC/TC4复合涂层与Ti811和TC4合金的磨损量

Figure 9. Wear mass loss of LC/Ti811 coating, LC/TC4 coating, Ti811 alloy and TC4 alloy

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综上，两种钛合金基材表面形成的复合熔覆层的常温耐磨性能均较优异，推测其强化机制为熔覆层内原位生成了大量TiC、Ti₂Ni、Cr_xS_y新相，其中金属间化合物Ti₂Ni呈网状形式分布，在熔覆层中起到“骨架”支撑作用，提高了熔覆层的承载能力；TiC和Al₂O₃等硬质颗粒硬度极高，均匀分布在熔覆层内，起钉扎强化作用^[38]，同时，Cr_xS_y软质相的硬度和剪切强度都较低，在摩擦过程中，Cr_xS_y颗粒易沿摩擦表面铺展，在涂层与磨轮之间形成润滑膜，具有自润滑作用。研究结果证实这种硬质相/软质相复合组织具有较高的硬化能力和塑性储备能力，对提高复合涂层硬度和摩擦学性能起到显著作用^[37,39]。

3. 结论

(1) Ti811和TC4合金元素成分的不同导致熔覆层内物相存在差异，由于较高含量的β相稳定元素V，降低了Ti同素异构转变温度，减小了相变区域范围，造成TC4合金熔覆层α-Ti析出量较少。

(2) 约束应力是Ti811合金和TC4合金表面自润滑耐磨复合涂层裂纹萌生和扩展的主要诱因，与材料的高硬性和激光熔覆的高温度梯度相关。

(3) 钛合金热物理性能不同导致涂层裂纹、微观组织和力学性能等方面存在很大差异。导热系数低、密度大的TC4合金热传导速度慢，冷却过程温度梯度较小，其表面熔覆层的裂纹较少，稀释率较大，涂层组织较粗大；Ti811合金具有更好的导热性能，涂层冷却速率高，熔覆层组织细小，硬度更高，该钛基表面Ti₂Ni/TiC/Al₂O₃/Cr_xS_y复合涂层平均硬度达1303.5 HV_0.5。

(4) 复合熔覆层内网状Ti₂Ni起到“骨架”支撑作用，弥散分布的TiC和Al₂O₃等硬质颗粒钉扎其中，Cr_xS_y软质相起到自润滑作用，对提高涂层的硬度和摩擦学性能起到显著作用。

致谢：感谢天津工业大学牛伟老师及团队；天津大学毛晶老师、林奎老师及团队；中国民航大学杨旭东老师及团队在试验测试及论文写作过程中给予的帮助。

图 1 激光熔覆层的表面形貌

Figure 1. Surface morphologies of laser cladding layer

LC— TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y2O₃

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图 2 不同基材熔覆层宏观截面图

Figure 2. Cross section macrograph of laser cladding coatings with different substrate

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图 3 Ti811合金和TC4合金热物理性能随温度变化图

Figure 3. Variation of thermal physical properties with temperature

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图 4 TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y₂O₃(LC)/Ti811和LC/TC4试样的XRD图谱

Figure 4. XRD patterns of TC4+Ni45+Al₂O₃+MoS₂+Y₂O₃(LC)/Ti811 and LC/TC4 sample

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图 5 Ti811合金和TC4合金加热相变图

Figure 5. Heat phase transition diagrams of Ti811 alloy and TC4 alloy

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图 6 不同基材激光熔覆层微观组织形貌

Figure 6. Microstructure of laser cladding coating with different substrate

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图 7 LC/Ti811和LC/TC4熔覆层的显微硬度

Figure 7. Microhardness of LC/Ti811 coating and LC/TC4 coating

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图 8 LC/Ti811和LC/TC4熔覆层的摩擦系数

Figure 8. Friction coefficient of LC/Ti811 coating and LC/TC4 coating

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图 9 LC/Ti811和LC/TC4复合涂层与Ti811和TC4合金的磨损量

Figure 9. Wear mass loss of LC/Ti811 coating, LC/TC4 coating, Ti811 alloy and TC4 alloy

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表 1 Ti811和TC4合金主要化学成分

Table 1 Main chemical composition of Ti811 and TC4 alloy wt%

Material	Al	V	Mo	C	N	Fe	O	Ti
Ti811	8.10	0.99	1.05	0.03	0.01	0.05	0.06	Banlance
TC4	6.01	3.80	–	0.10	0.05	0.30	0.20	Banlance

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表 2 TC4和Ni45粉末主要化学成分

Table 2 Main chemical composition of TC4 and Ni45 powders wt%

Material	Al	V	Fe	C	N	O	H	Cr	B	Si	Ni	Ti
TC4	5.5-6.8	3.5-4.5	0.30	0.10	0.05	0.20	0.015	–	–	–	–	Bal.
Ni45	–	–	3.00	0.35	–	–	–	8.9	1.8	4.0	Bal.	–

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表 3 激光熔覆试验工艺参数

Table 3 Process parameters of laser cladding experiment

Laser power/W	Laser scanning velocity/(mm·min⁻¹)	Beam diameter/mm	Power feeding rate/(r·min⁻¹)	Discharge of power gas/(L·min⁻¹)	Protective gas flow/(L·min⁻¹)	Laser focal length/mm	Multi-path rate/%
900	400	3	1.4	7	11	16	50

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表 4 Ti811和TC4合金与熔覆层主要生成物在20℃下的性能^[27-29]

Table 4 Performances of Ti811 alloy, TC4 alloy and major products in cladding layer at 20℃^[27-29]

Material	Density/ (kg·m^–3)	Thermal conductivity/ (W·m⁻¹·K⁻¹)	Coefficient of linear expansion/(μm·℃⁻¹)	Elastic modulus/ GPa	Yield strength/ MPa	Elongation/ %	Hardness/ HV
Ti811	4350	7.25	8.53	118	950	17	390
TC4	4440	6.43	9.00	100	830	10	330
TiC	4990	–	6.50-7.15	440	–	–	–
Ti₂Ni	5770	–	4.05	128	–	–	–

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表 5 不同基材激光熔覆层特征相能谱分析结果

Table 5 Energy spectrum analysis results of feature phase of laser cladding coating with different substrate

			C	O	Al	Si	Ti	V	Cr	Ni
Sample LC/Ti811	A1	wt%	17.34	–	4.4	–	65.42	1.94	1.99	8.91
	A1	at%	45.11	–	5.09	–	42.67	1.19	1.19	4.74
	A2	wt%	12.66	–	6.05	–	56.1	1.99	2.38	20.82
	A2	at%	36.49	–	7.76	–	40.54	1.36	1.59	12.27
	A3	wt%	–	–	7.89	1.83	55.22	2.29	3.27	29.17
	A3	at%	–	–	13.79	3.08	54.35	2.12	2.97	23.42
	A4	wt%	7.51	–	3.93	–	85.24	0.28	0.47	2.58
	A4	at%	23.97	–	5.58	–	68.21	0.21	0.34	1.68
	A5	wt%	4.27	–	4.49	–	88.38	–	–	2.86
	A5	at%	14.72	–	6.89	–	76.38	–	–	2.02
	A6	wt%	7.31	6.85	7.43	–	60.98	–	–	17.42
	A6	at%	21.13	14.86	9.55	–	44.17	–	–	10.29
Sample LC/TC4	B1	wt%	14.43	–	3.01	–	65.42	0.74	1.47	14.93
	B1	at%	44.16	–	4.1	–	42.67	0.54	2.04	6.49
	B2	wt%	13.32	–	5.2	–	57.15	1.13	2.68	20.52
	B2	at%	37.44	–	7.00	–	44.04	0.82	1.91	8.68
	B3	wt%	2.84	–	4.9	–	86.51	0.88	2.57	2.92
	B3	at%	9.35	–	7.17	–	78.97	0.69	1.95	1.87
	B4	wt%	–	3.97	8	–	51.80	2.56	4.74	28.84
	B4	at%	–	10.98	13.11	–	47.81	2.22	4.03	21.72

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参考文献(39)

[1]	张喜燕, 赵永庆, 白晨光. 钛合金及应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005. ZHANG Xiyan, ZHAO Yongqing, BAI Chenguang. Titanium alloy and its application[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2005(in Chinese).
[2]	邓炬. 钛与航空[J]. 钛工业进展, 2004, 21(2):6-15. DOI: 10.3969/j.issn.1009-9964.2004.02.001 DENG Ju. Titanium and aerospace[J]. Titanium Industry Progress,2004,21(2):6-15(in Chinese). DOI: 10.3969/j.issn.1009-9964.2004.02.001
[3]	刘彬, 刘延斌, 杨鑫, 等. TITANIUM 2008: 国际钛工业, 制备技术与应用的发展现状[J]. 粉末冶金材料科学与工程, 2009, 14(2):67-73. DOI: 10.3969/j.issn.1673-0224.2009.02.001 LIU Bin, LIU Yanbin, YANG Xin, et al. TITANIUM 2008: The international titanium industry, preparation technology and application development[J]. Powder Metallurgy Materials Science and Engineering,2009,14(2):67-73(in Chinese). DOI: 10.3969/j.issn.1673-0224.2009.02.001
[4]	金和喜, 魏克湘, 李建明, 等. 航空钛合金研究进展[J]. 中国有色金属学报, 2015, 25(2):280-292. JIN Hexi, WEI Kexiang, LI Jianming, et al. Research development of titanium alloy in aerospace industry[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2015,25(2):280-292(in Chinese).
[5]	LÜTJERING G, WILLIAMS J C. Titanium (engneering materials and processes)[M]. Manchester: Springer, 2003: 251-255.
[6]	MOLINARI A, STRAFFELINI G, TESI B, et al. Dry sliding wear mechanisms of the Ti6Al4V alloy[J]. Wear,1997,208(12):105-112.
[7]	张志强, 杨凡, 张宏伟, 等. 含稀土TiC_x增强钛基激光熔覆层组织与耐磨性[J]. 航空学报, 2021, 42(7):624115. ZHANG Zhiqiang, YANG Fan, ZHANG Hongwei, et al. Microstructure and wear resistance of TiC_x reinforced Ti-based laser cladding coating with rare earth[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica,2021,42(7):624115(in Chinese).
[8]	张蕾涛, 刘德鑫, 张伟樯, 等. 钛合金表面激光熔覆涂层的研究进展[J]. 表面技术, 2020, 49(8):97-104. ZHANG Leitao, LIU Dexin, ZHANG Weiqiang, et al. Research progress of laser cladding coating on titanium alloy surface[J]. Surface Technology,2020,49(8):97-104(in Chinese).
[9]	SOUZA C A C, RIBEIRO D V, KIMINAMI C S. Corrosion re-sistance of Fe-Cr-based amorphous alloys: An overview[J]. Journal of Non-crystalline Solids,2016,442:56-66. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2016.04.009
[10]	李响, 来佑彬, 于锦, 等. 高能束熔覆制备耐磨涂层技术研究现状与展望[J]. 表面技术, 2021, 50(2):134-159. LI Xiang, LAI Youbin, YU Jin, et al. Research status and prospect of wear-resistant coating prepared by high power density beam cladding[J]. Surface Technology,2021,50(2):134-159(in Chinese).
[11]	ZHAO Y, YU T B, SUN J Y, et al. Microstructure and properties of laser cladded B₄C/TiC/Ni-based composite coating[J]. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2020,86:105112. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2019.105112
[12]	孙荣禄, 牛伟, 雷贻文, 等. 钛合金TC4激光熔覆NiCrBSi+Ni/MoS₂涂层组织和摩擦磨损性能[J]. 材料热处理学报, 2014, 35(6):157-162. SUN Ronglu, NIU Wei, LEI Yiwen, et al. Microstructure and tribological properties of laser clad NiCrBSi+Ni/MoS₂ coating on TC4 titanium alloy[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment,2014,35(6):157-162(in Chinese).
[13]	LIU X B, MENG X J, LIU H Q, et al. Development and characterization of laser clad high temperature self-lubrication wear resistant composite coatings on Ti-6Al-4V alloy[J]. Materials & Design,2014,55(6):404-409.
[14]	石皋莲, 吴少华, 陆小龙, 等. TA2钛合金表面激光熔覆Ti₂SC/TiS自润滑耐磨复合涂层组织与性能[J]. 材料热处理学报, 2016, 37(7):198-202. SHI Gaolian, WU Shaohua, LU Xiaolong, et al. Microstructure and property of laser clad Ti₂SC/TiS self-lubrication anti-wear composite coating on TA2 titanium alloy[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment,2016,37(7):198-202(in Chinese).
[15]	刘亚楠, 孙荣禄, 张天刚, 等. CeO₂含量对激光熔覆自润滑涂层微观组织和性能的影响[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(11):277-284. LIU Yanan, SUN Ronglu, ZHANG Tiangang, et al. Effect of CeO₂ content on microstructure and properties of laser cladded self-lubricant coatings[J]. Chinese Journal of Lasers,2018,55(11):277-284(in Chinese).
[16]	王勇刚, 刘和剑, 回丽, 等. 激光熔覆原位自生碳化物增强自润滑耐磨复合涂层的高温摩擦学性能[J]. 材料工程, 2019, 47(5):72-78. DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000409 WANG Yonggang, LIU Hejian, HUI Li, et al. High tempera-ture tribological properties of laser cladding in-situ carbide reinforced self-lubricating[J]. Journal of Materials Engineering,2019,47(5):72-78(in Chinese). DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2018.000409
[17]	刘发兰, 赵树森, 高文焱, 等. 基材属性对Ni60A-WC激光熔覆涂层性能的影响[J]. 中国有色金属学报, 2014, 24(5):1319-1326. LIU Falan, ZHAO Shusen, GAO Wenyan, et al. Effect of substrate on Ni60A-WC laser cladding coatings[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2014,24(5):1319-1326(in Chinese).
[18]	高广睿, 刘道新, 张晓化. Ti811 合金的高温微动疲劳行为[J]. 中国有色金属学报, 2005, 15(1):38-43. DOI: 10.3321/j.issn:1004-0609.2005.01.006 GAO Guangrui, LIU Daoxin, ZHANG Xiaohua. The high temperature of Ti811 alloy micro fatigue behavior[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2005,15(1):38-43(in Chinese). DOI: 10.3321/j.issn:1004-0609.2005.01.006
[19]	郑启池, 金亚娟, 李瑞峰, 等. 功率输入对激光熔覆镍基涂层组织和裂纹生成的影响[J]. 江苏科技大学学报(自然科学版), 2017, 31(3):293-297. ZHENG Qichi, JIN Yajuan, LI Ruifeng, et al. Effect of power input on microstructure and crack formation of Ni based coating by laser cladding[J]. Journal of Jiangsu University Science and Technology (Natural Science Edition),2017,31(3):293-297(in Chinese).
[20]	ZHOU S F, ZENG X Y, HU Q W, et al. Analysis of crack behavior for Ni-based WC composite coatings by laser cladding and crack-free realization[J]. Applied Surface Science,2008,255(5):1646-1653. DOI: 10.1016/j.apsusc.2008.04.003
[21]	张磊, 陈小明, 刘伟, 等. 激光熔覆Ni基合金裂纹的形成机理及敏感性[J]. 激光与光电子学进展, 2019, 56(11):168-175. ZHANG Lei, CHEN Xiaoming, LIU Wei, et al. Formation mechanism and sensitivity of cracks in laser-cladded Ni-based-alloy coatings[J]. Laser & Optoelectronics Process,2019,56(11):168-175(in Chinese).
[22]	KADOLKAR P B, WATKINS T R, DE HOSSON J T M, et al. State of residual stress in laser-deposited ceramic compo-site coatings on aluminum alloys[J]. Acta Materialia,2007,55(4):1203-1214. DOI: 10.1016/j.actamat.2006.07.049
[23]	余廷, 邓琦林, 张伟, 等. 激光熔覆NiCrBSi合金涂层的裂纹形成机理[J]. 上海交通大学学报, 2012, 46(7):1043-1048. YU Ting, DENG Qilin, ZHANG Wei, et al. Study on cracking mechanism of laser clad NiCrBSi coating[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University,2012,46(7):1043-1048(in Chinese).
[24]	钟燕. 异种金属摩擦焊先顶后刹过程的数值模拟及工艺研究[D]. 西安: 西北工业大学, 2006. ZHONG Yan. Different metal friction welding numerical simulation on forging process and parameter study[D]. Xi'an: Northwestern Polytechnical University, 2006(in Chinese).
[25]	鲁耀钟, 雷卫宁, 任维彬, 等. 激光熔覆 Inconel718合金裂纹分析及裂纹控制研究[J]. 表面技术, 2020, 49(9):233-243. LU Yaozhong, LEI Weining, REN Weibin, et al. Crack analysis and control of laser cladding Inconel718 alloy[J]. Surface Technology,2020,49(9):233-243(in Chinese).
[26]	路世盛, 周建松, 王凌倩, 等. 钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展[J]. 表面技术, 2019, 48(11):82-90. LU Shisheng, ZHOU Jiansong, WANG Lingqian, et al. Development of laser cladding ceramic coatings on titanium alloy surface[J]. Surface Technology,2019,48(11):82-90(in Chinese).
[27]	MARKOVSKY P E, SAVVAKIN D G, IVASISHIN O M, et al. Mechanical behavior of titanium-based layered structures fabricated using blended elemental powder metallurgy[J]. Journal of Materials Engineering and Performance,2019,28(9):5772-5792. DOI: 10.1007/s11665-019-04263-0
[28]	梁广冰, 朱锦洪, 尹丹青, 等. TC4钛合金激光熔覆路径选择数值模拟研究[J]. 河南科技大学学报(自然科学版), 2021, 42(6):12-18. LIANG Guangbing, ZHU Jinhong, YIN Danqing, et al. Numerical simulation of laser cladding path selection for TC4 titanium alloy[J]. Journal of Henan University of Science and Technology (Natural Science),2021,42(6):12-18(in Chinese).
[29]	王田. 航空发动机压气机叶片用Ti-811合金棒材热连轧工艺研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2019. WANG Tian. Research on the hot tandem rolling process of Ti-811 alloy in aero-engine compressor blade[D]. Xi’an: Xi’an University of Architecture and Technology, 2019(in Chinese).
[30]	谢映光, 王成磊, 张可祥, 等. 数值模拟和稀土调控改性结合优化铝合金表面激光熔覆[J]. 表面技术, 2020, 49(12):144-155. XIE Yingguang, WANG Chenglei, ZHANG Kejian, et al. Optimizing laser cladding on aluminum alloy surface with numerical simulation and rare earth modification[J]. Surface Technology,2020,49(12):144-155(in Chinese).
[31]	李德英, 张坚, 赵龙志, 等. 超声作用下激光熔覆SiC/316L复合涂层残余应力数值模拟[J]. 复合材料学报, 2016, 33(10):2270-2276. LI Deying, ZHANG Jian, ZHAO Longzhi, et al. Numerical simulation of residual stress in SiC/316L composite coating by ultrasonic aided laser cladding[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2016,33(10):2270-2276(in Chinese).
[32]	邹海贝. TC4钛合金热处理强化工艺及相变行为研究 [D]. 秦皇岛: 燕山大学, 2019. ZOU Haibei. Study on heat treatment strengthening and phase transformation behavior of TC4 titanium alloy[D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2019(in Chinese).
[33]	QUAZIL M, FAZAL M, HASEEB A, et al. Effect of rare earth elements and their oxides on tribo-mechanical perfor-mance of laser claddings: A review[J]. Journal of Rare Earths,2016,34(6):549-564. DOI: 10.1016/S1002-0721(16)60061-3
[34]	张天刚, 庄怀风, 姚波, 等. Y₂O₃对钛基激光熔覆层组织与性能的影响[J]. 复合材料学报, 2020, 27(6):1390-1400. ZHANG Tiangang, ZHUANG Huaifeng, YAO Bo, et al. Effect of Y₂O₃ on microstructure and properties fo Ti-based laser cladding layer[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2020,27(6):1390-1400(in Chinese).
[35]	章小峰, 王爱华, 张祥林, 等. 激光熔覆Ni45-CaF₂-WS₂自润滑涂层组织与性能[J]. 中国有色金属学报, 2008, 18(2):215-219. DOI: 10.3321/j.issn:1004-0609.2008.02.004 ZHANG Xiaofeng, WANG Aihua, ZHANG Xianglin, et al. Microstructure and tribological properties of laser cladding Ni45-CaF₂-WS₂ self-lubrication coating[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2008,18(2):215-219(in Chinese). DOI: 10.3321/j.issn:1004-0609.2008.02.004
[36]	刘亚楠, 谷米, 孙荣禄, 等. 钛合金表面激光熔覆原位制备TiC/Ti₂Ni复合涂层微观组织与性能研究[J]. 中国激光, 2021, 48(14):1402011. DOI: 10.3788/CJL202148.1402011 LIU Yanan, GU Mi, SUN Ronglu, et al. Micro structure and properties of in-situ TiC/Ti₂Ni composite coating prepared via laser cladding on titanium alloy[J]. Chinese Journal of Lasers,2021,48(14):1402011(in Chinese). DOI: 10.3788/CJL202148.1402011
[37]	ZHANG P L, LIU X P, LU Y L, et al. Microstructure and wear behavior of Cu-Mo-Si coatings by laser cladding[J]. Applied Surface Science,2014,311(30):709-714.
[38]	高秋实, 闫华, 秦阳, 等. 钛合金表面激光熔覆Ti-Ni+TiN+MoS₂/TiS自润滑复合涂层[J]. 材料研究学报, 2018, 32(12):921-928. DOI: 10.11901/1005.3093.2018.163 GAO Qiushi, YAN Hua, QIN Yang, et al. Self-lubricating wear resistant composite coating Ti-Ni+TiN+MoS₂/TiS prepared on Ti-6Al-4V alloy by laser cladding[J]. Chinese Journal of Materials Research,2018,32(12):921-928(in Chinese). DOI: 10.11901/1005.3093.2018.163
[39]	雷临苹, 叶宏, 宋坤, 等. Al₂O₃-TiO₂对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响[J]. 表面技术, 2018, 47(10):145-150. LEI Linping, YE Hong, SONG Kun, et al. Effect of Al₂O₃-TiO₂ on microstructure and properties of NiAl coating by laser cladding on aluminum alloy[J]. Surface Technology,2018,47(10):145-150(in Chinese).

施引文献(12)

期刊类型引用(7)

1.	魏家帅，石明全. Y_2O_3增强TC4合金焊激光熔覆仿真及微观组织性能研究. 制造技术与机床. 2025(02): 90-98 . 百度学术
2.	郑立娟，胡紫涛，刘绍峰，付宇明. TC4表面激光熔覆硬质涂层的制备与分析. 华南理工大学学报(自然科学版). 2023(06): 146-152 . 百度学术
3.	龚美美，吴腾，谢林圯，师文庆，黄江，谢玉萍，乔江伟. 激光重熔对铁基/TiC复合涂层成形质量及性能研究. 应用激光. 2023(07): 1-7 . 百度学术
4.	秦成，侯红苗，郭萍，张永强，潘浩，强菲. 钛合金表面激光熔覆涂层及工艺研究进展. 钛工业进展. 2023(04): 44-48 . 百度学术
5.	张保生，王强东，李明. 18CrNiMo7刀具钢表面处理对Ni60A激光熔覆层性能的影响. 应用激光. 2023(09): 15-22 . 百度学术
6.	巩鹏飞，陈洪胜，王文先，柴斐，汪卓然，高会良. 钛/铝层合板双面电子束焊接接头界面行为及力学性能. 复合材料学报. 2023(11): 6439-6449 . 本站查看
7.	刘川槐，沈利，李敏，纪冬梅，潘卫国. 原材料对原位合成强化相结晶状态的影响. 上海电力大学学报. 2022(04): 391-395 . 百度学术