激光熔炼Ti5Si3-TiCo-Ti2Co多相金属间化合物合金的组织与耐磨性第36卷2007笠第9期9月稀有金属材料与工程RAREME11ALMATERIALSANDENGINEERINGVo1.36,No.9September2007激光熔炼Ti5Si3.TiCo.Ti2Co多相金属间化合物合金的组织与耐磨性薛轶,王华明(北京航空航天大学,北京100083摘要:利用激光熔炼技术制备出Ti5si3一TiCo—Ti2Co多相金属间化合物新型耐磨合金,分析了合金的显微组织并测试了合金的室温干滑动磨损性能.结果表明,Ti5Si一TiCo—Ti2Co多相金属间化合物耐磨合金组织均匀,致密,在室温干滑动磨损条件下具有优异的耐磨性能.Ti5Si一TiCo—Ti2Co多相金属间化合物耐磨合金的磨损量随磨损时间的延长缓慢增加,磨损率先增加后降低;难熔金属硅化物Ti5sb的高硬度及金属间化合物的反常屈服强度一温度关系及磨损过程中表面粘附转移保护层的形成,是Ti5Si3.TiCo—Ti2Co多相金属问化合物耐磨合金在室温干滑动磨损试验条件下具有较好耐磨性能的原因.关键词:激光熔炼;Ti5Si一TiCo.Ti2Co多相金属间化合物;显微组织;磨损中图法分类号:TG135.6文献标识码:A文章编号:1002—185X(2007)09—1623—051前言磨损是机械零部件最常见的3种失效模式之一,研制并采用优异的耐磨材料制造摩擦副零部件是减少磨损的最有效途径之一一.金属问化合物以其比强度与比刚度高,高温抗氧化性能优异等特点而日益受到材料学界的广泛关注,金属键与共价键共存的原子间强结合键使其不易与金属发生粘着,赋予其作为耐磨材料应用的条件l2】.具有B2型体心立方结构的金属间化合物TiCo韧性好,强度高,室温及高温塑性优异,且具有反常的屈服强度与温度关系,可望成为一种新型耐磨材料[3,41.笔者在前期的研究工作中制备出以具有较高硬度的金属问化合物Ti2Co为增强相,以具有较好韧性的金属间化合物TiCo为基体的Ti2Co/TiCo双相合金涂层,具有优良的室温干滑动磨损性能[51.但作为耐磨材料的主要耐磨增强相,Ti2Co的维氏硬度(约8000MPa)与熔点(约1080℃)均不够高,使得Ti2Co/TiCo耐磨材料难以在高温重载等严苛磨损条件下使用刚.金属问硅化物Ti5Si3具有熔点高(约2130℃),高温组织及化学稳定性好及高温抗氧化性能优异等特点[,被誉为最有前途的新型高温结构候选材料之一.虽然严重的室温脆性限制了其在工程中作为结构材料的应用,但TiSi极高的常温及高温硬度及其金属键与共价键共存的性质,赋予其作为耐磨材料主要增强相的条件,文献[9,10]利用激光表面合金化技术在钛合金表面制备出以Ti5si3作为增强相的Ti5Si3/Ti钛基复合材料,显着地提高了钛合金的耐磨性能及抗氧化性能;文献[11]利用机械合金化与热等静压方法制得的Tj5si3/TiAl复合材料,其常温硬度从TiA1基体的4～7GPa提高到10～12GPa;文献[12～14]~lj用激光熔覆技术在钛合金表面制得了Ti5Si3/NiTi2,Ti5Si3/NiTi,Ti5Si3/(NiTi2+Ti+Ti5Si3)等多相金属间化合物合金涂层,也显着提高了钛合金的常温及高温耐磨性能.本研究利用水冷铜模激光熔炼炉制备出了以Ti5Si3为增强相,以TiCo/Ti2Co为基体的多相金属间化合物的新型耐磨合金,分析了合金的显微组织,在室温干滑动磨损试验条件下评价了合金的耐磨性能,并讨论其磨损机制.2实验方法选用粒度为300～100gm的64Ti一15Co一21Si(原子分数,下同)合金粉末作为激光熔炼制备的原料.利用8kW横流连续CO2激光材料加工成套系统,在水冷铜模激光熔炼炉f1】(如图1所示)中,在氩气保护下进行铸锭激光熔炼试验.激光熔炼工艺参数为:激收稿日期:2006—09—04基金项目:国家自然科学基金(50331010);航空基础科学基金(05H51009)资助项目作者简介:薛轶,女,1981年生,博士生,北京航空航天大学材料学院激光材料加工制造技术实验室,北京100083,:010.82339697E—mail:xueyi0899@163.corn.1624?稀有金属材料与工程第36卷光功率3kW,光斑直径4mm,激光照射时间(60±5)S,制得的合金铸锭直径约15mm,高约15mm,表面有金属光泽.LaserbeamGasshieldchamberShieldoolingwateropperMold图l激光熔炼Tj5Si3一TiCo.Ti2Co多相金属间化合物合金铸锭示意图㈣Fig.1SchematicoftheTisSi3?TiCo—TizComultiphaseinterme?tallicalloyingotinawater--cooledcopper?moldlasermeltingfurnace[】用OlympusBX51M型光学金相显微...