摘要
钛合金在20世纪以来发展极为迅速，由于它有着低密度、高强度的特点，被广泛应用到航空航天，汽车，化工，海洋，电子等众多领域。但由于在部分特定工况下，钛合金的表面硬度不够高，因而很容易出现磨损、腐蚀致使零件寿命下降乃至损坏。其不利于钛合金在各行业领域中的进一步推广。现今，通过表面改性技术针对钛合金表面进行防护成为一种思路，然而，其中大部分技术都存在着各自的缺点，如成本高，工艺复杂，熔覆层厚度受限等。 本文采用HVAF喷涂技术在钛合金表面制备了WC-CrC-Ni/TC4、B4C/Ni两种复合涂层，通过X射线衍射技术（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和电子探针（EPMA）等测试手段对复合涂层的微观结构和相组成进行了表征；使用维氏硬度计对涂层截面进行了硬度测量；测试了样品的抗弯强度和冲击韧性等力学性能；使用摩擦磨损试验机和电化学工作站来评估涂层样品的耐摩擦磨损和耐腐蚀性能。 在设计WC-CrC-Ni/TC4复合涂层时，本实验以送粉转速、喷涂距离和原料混合比例三个工艺参数为变量进行正交试验，按设计好的工艺参数进行喷涂，随后对实验得到的样品的性能进行极差分析，以判断各工艺参数对涂层性能的影响，期望得到一组优化工艺。实验结果表明，涂层中主要由WC、Cr3C2、α-Ti相组成。各工艺参数中送粉转速对涂层综合性能的影响最大，在正交实验优化后的WC-CrC-Ni/TC4涂层性能得到改善，孔隙率为1.64%；截面平均硬度831HV0.3；冲击韧性较低为67.8J/cm2；抗弯强度1901MPa；平均摩擦系数为0.398。 使用超音速火焰喷涂在TC4钛合金上制备致密的B4C/Ni复合涂层，发现复合涂层主要物相由B4C、Ni3B、C等组成；制备的复合涂层孔隙率约为2.3%；平均硬度为591HV0.3，约为基材的1.9倍；抗弯强度1750MPa，达到TC4基体的1.6倍；冲击韧性为67.8J/cm2；在干摩擦形式下，涂层的摩擦过程以磨粒磨损形式为主，其平均摩擦系数约为0.41，磨损率为4.997×10-5g·m-1，约比基材提升了20%；在3.5wt.%NaCl溶液中B4C/Ni涂层的耐蚀性能提升明显，其腐蚀电流密度为3.992×10-8A·cm-2，优于WC涂层。因而可知使用超音速火焰喷涂制备的B4C/Ni复合涂层具有较高的综合性能。
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