激光熔覆TiCx增强钛基复合涂层组织与增强相第一性原理研究

作者：张志强; 于子鸣; 张天刚; 杨倩; 王浩^*

来源：航空学报, 2023, 44(08): 291-301.

• 激光熔覆
• TiCx
• 非计量比化合物
• 第一性原理计算
• 力学性能

采用同轴送粉激光熔覆技术原位合成了碳化钛(Ti Cx)增强钛基复合涂层。运用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计等表征与测试方法，同时结合第一性原理研究了Ni Cr-Cr3C2添加量与复合涂层微观组织和显微硬度的内在关联性，探究了C/Ti原子比对Ti Cx力学性能及热力学稳定性的影响规律。结果表明复合涂层的微观组织主要由β-Ti型有序固溶体(基体相)和Ti Cx(增强相)组成。Ni Cr-Cr3C2添加量对复合涂层中碳化钛的含量、尺度、形态特征有显著影响，且复合涂层上部和下部区域的碳化钛组织存在显著差异。Ti Cx的C/Ti原子比与其形态具有高度相关性，复合涂层中Ti Cx主要包括异形Ti C0.2-0.4、树枝状Ti C0.4-0.6、花瓣状Ti C0.6-0.8及类球状Ti C0.8-1.0。此外随Ni Cr-Cr3C2添加量增加，复合涂层硬度显著提高，主要归因于更多Ti Cx形成、Ti Cx中C含量增加及更加显著的固溶强化作用。基于第一性原理的分析表明随C/Ti原子比增加，Ti Cx体积模量、剪切模量、拉伸模量及硬度显著提高，而泊松比逐渐减小，且随Ti Cx中C原子含量增加，其金属性减弱，脆性增加，但晶体结构稳定性及热力学稳定性显著增强。

• 单位
  中国民航大学; 天津职业技术师范大学