WC-Co硬質(zhì)合金由高熔點(diǎn)碳化物WC作為硬質(zhì)骨架，輔以過(guò)渡族元素Co作為軟質(zhì)相，是全球應(yīng)用最廣泛的粉末冶金產(chǎn)品之一。WC-Co硬質(zhì)合金與鈦合金的熱膨脹系數(shù)與相近，其作為增強(qiáng)相是降低材料熱錯(cuò)配引起拉應(yīng)力的有效方法。因此，WC被認(rèn)為是改善鈦合金表面性能的理想材料。一種傳統(tǒng)的改善鈦合金性能的表面處理方法是采用HVOF噴涂技術(shù)沉積制備金屬基陶瓷復(fù)合涂層。然而，由于與大氣環(huán)境中的氧氣直接接觸，高溫下氧化作用造成WC脫碳生成CO2氣體，在快速冷卻過(guò)程中氣體無(wú)法及時(shí)逸散而保留在涂層中形成氣孔，對(duì)涂層與基體的結(jié)合力有強(qiáng)烈的負(fù)面影響。現(xiàn)階段迫切需要找到一種表面處理技術(shù)，在不影響涂層與基體的結(jié)合力的同時(shí)提高鈦合金表面耐磨性能。

長(zhǎng)安大學(xué)陳永楠教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并在鈦合金表面采用激光熔覆技術(shù)制備了一種WC-Co金屬基陶瓷復(fù)合涂層，有效避免了涂層中氣孔的形成，同時(shí)WC-Co涂層與基體冶金結(jié)合從而提高了鈦合金表面的耐磨性能。相關(guān)論文以題為“On enhancingwear resistance of titanium alloys by laser cladded WC-Co composite coatings”發(fā)表在International Journal of REFRACTORY METALS & HARD MATERIALS。

研究成果來(lái)自于長(zhǎng)安大學(xué)輕合金表面強(qiáng)化研究團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事鋁、鎂和鈦合金等表面激光表面處理、微弧氧化及特種電鍍等技術(shù)研究及裝備研制。論文第一作者為長(zhǎng)安大學(xué)副教授姜超平和張珺碩士，通訊作者為長(zhǎng)安大學(xué)陳永楠教授和李堯及張鳳英教授，合作者還包括長(zhǎng)安大學(xué)趙秦陽(yáng)博士，西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司的侯智敏教授，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所的朱麗霞教授，及西北有色金屬研究院的趙永慶教授等。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2022.105902

本研究在鈦合金表面通過(guò)激光熔覆技術(shù)制備了WC-Co金屬基陶瓷復(fù)合涂層，全面研究了復(fù)合涂層的相組成、顯微組織演變、顯微硬度和磨損行為。研究表明，致密化程度較高的WC-Co復(fù)合涂層與基體之間存在良好的冶金結(jié)合。此外，在2000 W激光功率下，由于良好的冶金結(jié)合和復(fù)合涂層的精細(xì)組織的協(xié)同作用，獲得了相當(dāng)高的顯微硬度，高達(dá)1536 HV0.5，磨損率為1.5 g/h。根據(jù)研究結(jié)果，建立了激光熔覆WC-Co復(fù)合材料的工藝-結(jié)構(gòu)-性能規(guī)律性關(guān)系。

圖1 (a) 1400w WC-Co復(fù)合涂層的BSE圖像和相應(yīng)的EDS測(cè)量結(jié)果;(b) ~ (c)不同區(qū)域成分的定性EDS分析(點(diǎn)模式)。

圖2 (a) ~(d) 殘余WC晶粒形貌;(e)殘余WC晶粒粒徑分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖3 復(fù)合涂層表面磨損形貌:(a) 1400 W;(b) 1600 W;(c) 1800 W;(d) 2000 W。

本研究設(shè)計(jì)了一種采用激光熔覆WC-17Co球形粉末提升鈦合金性能的表面處理新方法。在鈦合金表面形成了與基體冶金結(jié)合，且耐磨性?xún)?yōu)異的金屬基陶瓷復(fù)合涂層。例如，激光功率2000 W時(shí)涂層顯微硬度高達(dá)1536 HV0.5，磨損率為1.5 g/h。預(yù)計(jì)激光熔覆工藝可以應(yīng)用于鋁、鎂合金等輕合金的表面強(qiáng)化處理并廣泛的在工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。