Ti6-Al4-V表面激光熔覆TiBCN粉末的研究

徐庆坤，胡建东，张文丛

1吉林大学 工程训练中心，长春130025 2吉林大学 材料学院，长春130025 3宁德时代新能源科技股份有限公司先进产品开发部，福建宁德352100

激光熔覆可以在金属表层制备出与基体呈冶金结合、有成分改变的高硬度熔覆层，从而使金属性能获得改善。激光熔覆时，金属的表面温度可达2000°C以上。陶瓷材料的熔点高、硬度高，经常被作为添加材料用于激光熔覆及其它增材制造过程[1,2]，常用的陶瓷材料包括TiB[3]、WC[4]、、TiC[8]、TiN[3]、TiCN[9,10]等。其中TiC、TiN和TiCN等由Ti与B、C和N形成的化合物经常被用于Ti合金激光熔覆，以改善熔覆层的抗疲劳性能、硬度和耐磨性[11,12]。

TiBCN粉末是用硼化法合成的新型粉末材料[13,14]，是TiN固溶了B和C原子而形成的多元化合物，其中N的含量远高于B和C。TiBCN仍然保持TiN自身的NaCl型面心立方结构，其中，B、C和N原子占据点阵中Cl原子的位置，Ti原子占据Na原子位置。该化合物硬度高，耐蚀性能好，与硝酸和硫酸不发生化学反应。

将TiBCN粉末作为激光熔覆材料对Ti-6-Al4-V (TC4) 合金进行激光熔覆，是以前没有开展过的研究工作。TC4合金虽然强度重量比高，耐腐蚀性好，在航空航天业、石油化工业、生物移植等方面得到了广泛应用，但它的耐磨性能和高温抗氧化性能还有待进一步改善。B是一种重要的合金化元素，它的添加可以改善TC4合金的耐磨性和抗氧化性[15]。添加了B元素的TC4合金已经形成了系列牌号。TiBCN粉末激光熔覆可以把B元素带进熔覆层，发挥B元素对TC4合金的改性作用。

本研究的主要目的是探讨 TiBCN粉末在激光熔覆过程中发生的变化及其对组织结构和性能的影响，为激光增材制造寻求新的添加材料。……