TC4钛合金属于（α+β）型钛合金， ，，，，，，，由于具有比强度高、热导率低、弹性模量小、耐高温、组织稳固性好等特点， ，，，，，，，在航空航天（飞机结构件、发念头零部件）、生物医疗（如人工枢纽）、机械船舶（如螺旋桨等）和交通运输（如发念头零部件）等领域有着普遍应用［1］ 。。 。 。。。。。然而， ，，，，，，，当将TC4钛合金应用于高温、高压和高速旋转情形下的汽轮机叶片等领域时， ，，，，，，，其外貌侵蚀和磨损失效问题较为突出， ，，，，，，，由此来带的停 ；；；；；；鹿收甲芴迨鹿事矢叽65%以上， ，，，，，，，亟需对其举行外貌改性处置惩罚， ，，，，，，，以提升基体钛合金的耐磨性和耐蚀性［2-4］， ，，，，，，，其中， ，，，，，，，接纳热喷涂、激光熔覆、离子注入和气相沉积等外貌改性手艺可以在钛合金外貌制备镍基涂层等［5-7］， ，，，，，，，在不改变原有钛合金基体既有物理性能的基础上提升其外貌硬度、耐蚀和耐磨性能等， ，，，，，，，更好地知足重大工况情形下的使用需求 。。 。 。。。。。可是， ，，，，，，，热喷涂、离子注入等手艺在钛合金外貌制备镍基涂层保存与基体结协力差、易于造成情形污染等问题［8-9］， ，，，，，，，而激光熔覆虽可制备与基体团结优异的镍基涂层， ，，，，，，，但在制备涂层历程中控制的工艺参数较多， ，，，，，，，需要战胜工艺参数稳固性缺乏等问题［10］ 。。 。 。。。。。本文在激光熔覆装备中嵌入校企团结开发的可编程逻辑控制器（PLC）系统以提高加工精度和稳固性， ，，，，，，，并考察激光功率对激光熔覆复合涂层（Ni60+3wt.%Ce2O3）截面形貌、显微组织、物相组成和耐蚀耐磨等性能的影响， ，，，，，，，以期制备出成形质量优异、高耐蚀耐磨的激光熔覆镍基涂层， ，，，，，，，为钛合金外貌激光熔覆涂层制备及其推广应用提供手艺支持 。。 。 。。。。。
1、质料与要领
1.1 实验质料
试验质料包括TC4钛合金基材、激光熔覆用（Ni60+3wt.%Ce2O3）复合粉末 。。 。 。。。。。TC4钛合金的化学组成（质量分数， ，，，，，，，wt.%）为6.02Al、3.98V、0.10C、0.27Fe、0.01N， ，，，，，，，余量为Ti 。。 。 。。。。。激光熔覆用Ni60粉末（类球形）和Ce2O3粉末（颗粒状）的扫描电镜显微形貌如图1， ，，，，，，，在PM-500K型行星式球磨机上制备（Ni60+3wt.%Ce2O3）复合粉末 。。 。 。。。。。
1.2 激光熔覆涂层
将钛合金加工成120mm×120mm×8mm， ，，，，，，，外貌经由喷砂、酒精超声洗濯和烘干后举行外貌激光熔覆， ，，，，，，，加工示意图如图2所示； ；；；；；；其中， ，，，，，，，JM-HGL1000型激光熔覆装备中嵌入校企团结开发的PLC控制系统以提高加工精度和稳固性 。。 。 。。。。。在激光熔覆历程中， ，，，，，，，通过PLC控制系统控制同轴送粉模式下的激光熔覆工艺参数， ，，，，，，，主要包括激光扫描速率12mm/s、光斑直径4mm、送粉速率16g/min， ，，，，，，，激光功率控制在1100W~2300W（距离300W）， ，，，，，，，保 ；；；；；；て叽侩财 。。 。 。。。。。
1.3 测试与表征
接纳线切割要领笔直于熔覆偏向加工涂层试样， ，，，，，，，打磨、抛光和侵蚀（氢氟酸、硝酸和水按5∶10∶85的体积百分比配制侵蚀液）后视察截面形貌和显微组织， ，，，，，，，截面形貌和显微组织划分接纳GX51型光学显微镜和IT500型扫描电子显微镜（附带OxfordUltmiMax1能谱仪）举行视察， ，，，，，，，并丈量涂层几何参数； ；；；；；；物相组成接纳D8ADVANCE型X射线衍射仪举行， ，，，，，，，Cu靶材Kα辐射、扫描速率2°/min、电压35kV、电流40mA； ；；；；；；显微硬度测试接纳Tukon2500全自动维氏硬度计举行， ，，，，，，，载荷和坚持载荷时间划分为0.1N和10s； ；；；；；；球-盘往复干摩擦磨损性能测试接纳RtecSRV型摩擦磨损试验机举行， ，，，，，，，纪录摩擦系数并盘算磨损率［11］， ，，，，，，，摩擦副为直径9.5mm的氮化硅球、载荷30N、摩擦时间900s、移动距离和频率划分为6mm和15Hz， ，，，，，，，测试温度为室温； ；；；；；；接纳PARSTAT4000电化学事情站在室温下对基体和涂层试样（事人情积10mm×10mm）举行电化学性能测试， ，，，，，，，极化曲线和电化学阻抗谱接纳标准三电极系统［12］， ，，，，，，，侵蚀介质为3.5wt.%NaCl溶液， ，，，，，，，扫描速率为1mV/s、阻抗频率为0.01Hz~100000Hz 。。 。 。。。。。
2、试验效果与剖析
2.1 显微形貌和物相组成
图3为激光功率为1100W~2300W时激光熔覆涂层截面形貌 。。 。 。。。。。当激光功率为1100W时， ，，，，，，，熔覆涂层中可见显着裂纹（如图中箭头所示）， ，，，，，，，这主要是由于在较低的激光功率下， ，，，，，，，激光热输入较小， ，，，，，，，造成熔池温度低、流动性差， ，，，，，，，局部还可能保存熔覆粉末无法完全熔化的征象［13］， ，，，，，，，并在凝固历程中爆发裂纹缺陷； ；；；；；；升高激光功率至1400W~2000W， ，，，，，，，激光热输入增添使得熔池温度升高， ，，，，，，，流动性提升的同时增添了润湿性， ，，，，，，，涂层成形质量较好， ，，，，，，，未见异常气孔、裂纹等缺陷保存； ；；；；；；若是继续增添激光功率至2300W， ，，，，，，，激光熔覆涂层上表层区域泛起孔隙缺陷（如图中箭头所示）， ，，，，，，，这主要是由于此时激光热输入较大， ，，，，，，，熔池温度高而在表层区域保存较大过冷度， ，，，，，，，表层区域作为热源出口爆发了非匀称性流动， ，，，，，，，容易在涂层表层泛起孔隙等缺陷［14］ 。。 。 。。。。。
表1为激光功率为1100W~2300W时激光熔覆涂层的宽度D、高度H、深度h和稀释率η统计效果， ，，，，，，，几何参数的示意图如图2（b）所示 。。 。 。。。。。其中， ，，，，，，，稀释率用式（1）盘算［15］：
式中：F1和F2划分为熔覆涂层上下外貌面积 。。 。 。。。。。当激光功率从1100W增添至2300W时， ，，，，，，，D从4.23mm增添至5.01mm、H从0.37mm增添至0.60mm、h从0.33mm增添至1.38mm、η从45.94%增添至72.27%， ，，，，，，，可见， ，，，，，，，D、H、h和η都会随着激光功率增添而增大 。。 。 。。。。。这主要是由于激光功率的增添会提高激光热输入， ，，，，，，，涂层与基体可以越发充分的熔合并使得溶体向两侧和底部扩展， ，，，，，，，D、H、h增添的同时基体会有更多的熔化而增添了涂层稀释率［16］ 。。 。 。。。。。
图4为差别激光功率下激光熔覆涂层的X射线衍射剖析效果 。。 。 。。。。？？？？？杉， ，，，，，，，激光功率为1100W、2000W和2300W时， ，，，，，，，激光熔覆涂层都主要由α-Ti、TiNi、Ti2Ni、TiB2、TiC和Ce2O3相组成， ，，，，，，，激光功率的转变不会改变激光熔覆涂层的物相组成 。。 。 。。。。。其中， ，，，，，，，TiB2、TiC等硬质相是Ni60/CeO2粉末和基体质料在激光热输入作用下熔化并在熔池中爆发化学反应形成［17］， ，，，，，，，可以增强涂层的硬度和耐磨性 。。 。 。。。。。进一步视察典范激光熔覆涂层非裂纹和孔隙区域的显微组织， ，，，，，，，效果如图5所示 。。 。 。。。。？？？？？杉， ，，，，，，，差别激光功率下的激光熔覆涂层中保存颜色差别、尺寸不等、形状不规则的第二相， ，，，，，，，熔覆涂层内部未见显着孔洞或者裂纹等缺陷 。。 。 。。。。。对差别激光功率下涂层的微区举行能谱剖析， ，，，，，，，能谱剖析团结XRD图谱测试效果可知， ，，，，，，，激光熔覆涂层中第二相主要包括玄色块状TiB2相、亮白色颗粒状Ce2O3相、灰色颗粒状TiC相、浅灰色TiNi相和深灰色Ti2Ni相， ，，，，，，，如图中箭头所示 。。 。 。。。。。别的， ，，，，，，，由于较低激光功率下（1100W）的热输入较小， ，，，，，，，熔池流动性缺乏， ，，，，，，，造成组织匀称性较差； ；；；；；；而提升激光功率会使得热输入增添， ，，，，，，，熔池温度升高， ，，，，，，，同时流动性增大， ，，，，，，，组织匀称性相对更好； ；；；；；；继续增添激光功率至2300W时， ，，，，，，，过高的激光热输入会使得熔池在高温下停留的时间更长， ，，，，，，，涂层中第二相会爆发粗化和长大［18］ 。。 。 。。。。。
2.2 硬度和耐磨性
图6为基体和激光熔覆涂层的显微硬度测试效果 。。 。 。。。。？？？？？杉， ，，，，，，，差别激光功率下激光熔覆涂层显微硬度（935.61HV~1064.29HV）都高于基体（303.24HV）； ；；；；；；激光功率从1100W增添至2300W时， ，，，，，，，激光熔覆涂层的显微硬度先增大后减小， ，，，，，，，最大值（1064.29HV）泛起在激光功率为2000W时 。。 。 。。。。。这主要是由于激光熔覆涂层中含有TiC、TiB2和Ce2O3等陶瓷硬质增强相， ，，，，，，，从而使得涂层硬度高于基体， ，，，，，，，且当激光功率从1100W增添至2000W， ，，，，，，，熔池温度升高改善了熔覆涂层成形质量， ，，，，，，，涂层中可以形成更多的硬质相， ，，，，，，，显微硬度会响应提高； ；；；；；；可是若是激光功率过大（2300W）， ，，，，，，，熔覆涂层表层泛起了孔隙等缺陷， ，，，，，，，高温下晶粒尺寸和硬质相也会爆发一定水平长大， ，，，，，，，熔覆涂层硬度会有所降低［19］ 。。 。 。。。。。图7为基体和激光熔覆涂层的摩擦系数和磨损率测试效果 。。 。 。。。。。由摩擦系数曲线可见， ，，，，，，，激光熔覆涂层在稳固阶段的平均摩擦系数都要小于基体质料， ，，，，，，，且当激光功率从1100W增添至2300W， ，，，，，，，激光熔覆涂层平均摩擦系数整体体现为先减小后增大， ，，，，，，，平均摩擦系数在激光功率为2000W时取得最小值； ；；；；；；由磨损率测试效果可见， ，，，，，，，基体质料的磨损率为4.17×10-5mm3（/N·m）， ，，，，，，，激光熔覆涂层磨损率都显着小于基体质料， ，，，，，，，且当激光功率从1100W增添至2300W， ，，，，，，，激光熔覆涂层的磨损率先减小后增大， ，，，，，，，磨损率最小值（0.38×10-5mm3（/N·m））泛起在激光功率为2000W时 。。 。 。。。。。这主要是由于激光熔覆涂层中含有TiC、TiB2和Ce2O3等陶瓷硬质增强相， ，，，，，，，在摩擦磨损历程中可以起到支持作用， ，，，，，，，并有用对抗接触应力， ，，，，，，，提高抗磨性［20］； ；；；；；；可是若是激光功率过大， ，，，，，，，熔覆涂层中泛起孔隙等缺陷， ，，，，，，，涂层的耐磨性反而会降低 。。 。 。。。。。
2.3 耐蚀性
图8为基体和激光熔覆涂层的极化曲线和电化学阻抗谱， ，，，，，，，表2为电化学参数侵蚀电位（Ecorr）、侵蚀电流密度（Jcorr）、溶液电阻（Rs）、电荷转移电阻（Rct）和钝化膜电阻（Rf）的拟合效果 。。 。 。。。。。 ；；；；；；逯柿系腅corr、Jcorr、Rs、Rct和Rf划分为?0.858V、9.900×10-7A·cm-2、34.28Ω·cm2、3.662×102Ω·cm2和10.77×10-5Ω·cm2 。。 。 。。。。。关于激光熔覆涂层而言， ，，，，，，，极化曲线中可见涂层的侵蚀电位都相较于基体质料爆发了正向移动， ，，，，，，，侵蚀电流密度有差别水平减小， ，，，，，，，且当激光功率从1100W增添至2300W时， ，，，，，，，侵蚀电位先正向移动此后负向移动、侵蚀电流密度先减小后增大， ，，，，，，，在激光功率为2000W时涂层的侵蚀电位最正、侵蚀电流密度最小 。。 。 。。。。。侵蚀热力学参数侵蚀电位越正体现侵蚀倾向越小、动力学参数侵蚀电流密度越小体现侵蚀速率越慢［21］； ；；；；；；由电化学阻抗谱可见， ，，，，，，，激光熔覆涂层的容抗弧半径高于基体、电荷转移电阻高于基体2个数目级以上、钝化膜电阻都高于基体， ，，，，，，，而容抗弧半径越大则体现质料侵蚀阻力越大、Rct越大则体现侵蚀反应历程中电荷转移速率越慢、Rf越大则体现钝化膜越厚［22］ 。。 。 。。。。。因此， ，，，，，，，激光熔覆涂层在电化学侵蚀历程中可以更好地抑制电荷转移并形成更厚的钝化膜， ，，，，，，，有用减缓侵蚀反应的爆发， ，，，，，，，且随着激光功率从1100W增添至2300W， ，，，，，，，Rct和Rf都体现为先增后减趋势， ，，，，，，，即激光熔覆涂层的耐蚀性会随着激光功率增添先增大后减小， ，，，，，，，在激光功率为2000W时取得最佳耐蚀性能， ，，，，，，，这与极化曲线测试效果坚持一致 。。 。 。。。。。
3、结论
（1）激光功率为1100W时熔覆涂层中可见裂纹； ；；；；；；升高激光功率至1400W~2000W， ，，，，，，，激光熔覆涂层成形质量较好， ，，，，，，，未见异常气孔、裂纹等缺陷保存； ；；；；；；继续增添激光功率至2300W， ，，，，，，，激光熔覆涂层上表层区域泛起孔隙缺陷 。。 。 。。。。。当激光功率从1100W增添至2300W， ，，，，，，，激光熔覆涂层的D、H、h和η都会随着激光功率增添而增大 。。 。 。。。。。
（2）激光功率为1100W、2000W和2300W时， ，，，，，，，激光熔覆涂层都主要由α-Ti、TiNi、Ti2Ni、TiB2、TiC和Ce2O3相组成， ，，，，，，，激光功率的转变不会改变激光熔覆涂层的物相组成 。。 。 。。。。。差别激光功率下的激光熔覆涂层中保存颜色差别、尺寸不等、形状不规则的第二相， ，，，，，，，熔覆涂层内部未见显着孔洞或者裂纹等缺陷 。。 。 。。。。。
（3）激光熔覆涂层的显微硬度（935.61HV~1064.29HV）都高于基体（303.24HV）， ，，，，，，，磨损率都显着小于基体质料； ；；；；；；当激光功率从1100W增添至2300W时， ，，，，，，，熔覆涂层的显微硬度先增大后减小、磨损率先减小后增大， ，，，，，，，显微硬度最大值（1064.29HV）和磨损率最小值（0.38×10-5mm3（/N·m））泛起在激光功率为2000W时 。。 。 。。。。。当激光功率从1100W增添至2300W时， ，，，，，，，侵蚀电位先正向移动后负向移动， ，，，，，，，侵蚀电流密度先减小后增大， ，，，，，，，Rct和Rf都体现为先增后减趋势， ，，，，，，，即激光熔覆涂层的耐蚀性会随着激光功率增添先增大后减小 。。 。 。。。。。
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