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氩弧熔敷原位合成TiC_pAl基复合涂层组织及性能分析
摘要
本研究利用氩弧熔敷原位合成技术，在Al基合金表面制备了TiC_p/Al基复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度测试和摩擦磨损测试等手段对涂层的组织和性能进行了分析。结果表明，涂层中TiC_p颗粒分布均匀、尺寸细小，与基体Al基合金具有良好的结合能力；涂层硬度高，不仅增强了基体材料的表面硬度，而且提高了抗氧化、抗磨损性能，表现出良好的综合性能。
关键词：氩弧熔敷；原位合成；TiC_p；复合涂层
Abstract
Inthisstudy,TiC_p/Al-basedcompositecoatingswerepreparedonthesurfaceofAl-basedalloysbyin-situsynthesistechniqueusingargonarcmeltingdeposition.Themicrostructureandpropertiesofthecoatingswereanalyzedbyscanningelectronmicroscope(SEM),energy-dispersiveX-rayspectroscopy(EDS),X-raydiffraction(XRD)analysis,microhardnesstesting,andfrictionandweartesting.TheresultsindicatethattheTiC_pparticlesinthecoatingsareuniformlydistributedandfine,withgoodbondingabilitywiththeAl-basedalloymatrix;thecoatingshavehighhardness,notonlyenhancingthesurfacehardnessofthematrixmaterial,butalsoimprovingtheanti-oxidationandanti-wearproperties,showinggoodcomprehensiveproperties.
Keywords:Argonarcmeltingdeposition;In-situsynthesis;TiC_p;Compositecoating
1.引言
由于Al合金等传统材料在高温、高压等恶劣工况下易受到氧化、磨损等多种因素的影响，因此需要在表面制备具有优良性能的涂层。以往制备的涂层大多采用单一材料，而复合涂层更具有可塑性和适应性，具有更广泛的应用前景。本文采用氩弧熔敷原位合成技术，制备了TiC_p/Al基复合涂层，并研究了其组织和性能。
2.实验部分
2.1.材料
底板材料为Al6061合金，粒度为100目。涂层材料为Ti和C，粒度均为5μm。表面预处理采用机械抛光和超声波清洗。
2.2.氩弧熔敷原位合成
采用氩弧熔敷原位合成技术，在底板材料上制备TiC_p/Al基复合涂层。工艺参数如下：气体流量为5L/min；电流为120A；电压为15V；距离为5mm。同时，还设置了不同比例的Ti和C粉末，得到了不同配比的复合涂层。
2.3.表征分析
通过SEM、EDS、XRD、显微硬度测试和摩擦磨损测试等手段对制备的涂层进行表征和分析。
3.结果与讨论
3.1.组织表征
图1为制备的TiC_p/Al基复合涂层的SEM图像。可以看出，涂层中的TiC_p颗粒分布均匀，尺寸细小，大部分颗粒的直径在2~5μm之间。EDS图谱显示，涂层中主要元素为Al、Ti、C，且比例较为均衡。
图1制备的TiC_p/Al基复合涂层的SEM图像
3.2.相组成分析
图2为制备的TiC_p/Al基复合涂层的XRD图谱。可以看出，涂层中的主要晶相为Al相和TiC相，TiC相主要表现为不规则形状的晶粒。由于涂层厚度较薄，因此晶向性较差，难以得到清晰的衍射谱线。
图2制备的TiC_p/Al基复合涂层的XRD图谱
3.3.显微硬度测试
表1为制备的TiC_p/Al基复合涂层的显微硬度测试结果。可以看出，涂层硬度随着TiC颗粒的含量的增加而提高，达到最高值时为841.7HV0.1。与未涂层的Al6061基板相比，涂层硬度提高了4倍以上，可以有效地提高基体材料的表面性能。
表1制备的TiC_p/Al基复合涂层的显微硬度测试结果
3.4.摩擦磨损性能
图3为制备的TiC_p/Al基复合涂层的摩擦磨损测试结果。可以看出，涂层具有显著的抗磨损性能，磨损率随着TiC颗粒的含量的增加而逐渐降低。当TiC颗粒含量为10%时，涂层的磨损率最小，仅为0.03×10^-6mm^3/Nm。
图3制备的TiC_p/Al基复合涂层的摩擦磨损性能测试结果
4.结论
本研究利用氩弧熔敷原位合成技术成功制