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

采用同轴送粉激光熔覆技术原位合成了碳化钛(TiCx)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 NiCr-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TiCx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TiCx(增强相)组成.NiCr-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.TiCx的C/Ti原子比与其形态具有高度相关性,复合涂层中TiCx主要包括异形TiC0.2-0.4、树枝状TiC0.4-0.6、花瓣状TiC0.6-0.8及类球状TiC0.8-1.0.此外随NiCr-Cr3C2添加量增加,复合涂层硬度显著提高,主要归因于更多TiCx形成、TiCx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,TiCx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TiCx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.