采用激光定向能量沉积技术在原位合成的TiN/Ti6Al4V复合材料的摩擦与磨损行为

《Scientific Reports》：Friction and wear behavior of TiN/Ti6Al4V composite material synthesized in-situ using laser directed energy deposition

　　

摘要

采用激光定向能量沉积（LDED）技术，在氮气辅助的原位合成条件下制备了Ti6Al4V钛合金及TiN/Ti6Al4V复合材料。研究了两种制备工艺：一种是在混合氮-氩气氛中直接沉积（TS样品）；另一种是在纯氮气氛中通过氮气辅助重熔（TR样品）。在室温和300°C下进行了干摩擦试验。结果表明，氮气辅助处理促进了TiN在Ti6Al4V基体中的原位形成。与Ti6Al4V样品相比，TR样品的摩擦系数较高，但耐磨性显著提高，室温下的磨损体积减少了约44.8%，300°C时减少了78.8%。相比之下，含有较少且粒径较小的TiN颗粒的TS样品耐磨性提升有限。在高温下，所有样品的磨损量均有所减少，这可能与滑动过程中的氧化辅助表面保护作用有关。微观结构观察显示，重熔辅助工艺促进了TR样品中较大TiN颗粒的形成及其更密集的分布，从而显著影响了磨损演变行为。然而，摩擦性能可能同时受到TiN增强效应以及不同热历史条件下加工引起的微观结构变化的影响。本研究证明，氮气辅助重熔是提高Ti6Al4V合金摩擦性能的有效方法，并揭示了TiN分布对LDED制备的钛基复合材料磨损行为的影响。