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超声/激光合金化原位自生颗粒增强AMCs涂层组织及其性能研究

超声振动；激光合金化；原位自生；铝基复合涂层；摩擦磨损特性

采取绿色、高效的激光表面改性技术制备颗粒增强铝基复合(Aluminum matrix composites, AMCs)涂层可显著提高铝合金表面耐磨性能，有效延长其服役寿命。但由于激光加工的快速熔凝特点以及陶瓷颗粒增强相与铝合金熔体的物理化学性质差异，在激光制备AMCs涂层过程中容易出现元素偏析、颗粒增强相空间分布不均匀、裂纹以及气孔等问题，降低AMCs涂层性能的发挥。

本文采用超声辅助激光合金化技术在7075铝合金表面制备得到了原位自生TiC-TiB₂颗粒增强AMCs涂层。分析了不同超声波振幅下涂层的整体形貌、物相组成、微观结构、微区成分、显微硬度及耐磨性能的变化规律，探究了超声振动所引起的空化效应、声流效应和机械搅拌等非线性效应对涂层中金属间化合物与原位增强相尺寸、形态、数量、空间分布等的影响机制。通过TEM观察了原位自生增强相的界面结构特征并计算其与a-Al基底的界面错配度，揭示AMCs涂层的强化机制。结果表明，制备的AMCs涂层主要由α-Al、Fe₄Al₁₃和原位生成的TiB₂、TiC、Cr₇C₃、Cr₂B等增强相组成。当辅助施加超声时，涂层中板条状金属间化合物及颗粒增强相尺寸明显细化，与未施加超声相比平均晶粒尺寸降低47.48 %和66.16 %。原位生成的增强相数量增加、空间分布更为弥散，几乎没有团聚现象。其中TiB₂和TiC与α-Al之间界面结合良好，界面失配率分别仅为5.83 %和6.81 %。引入超声振动后，AMCs涂层的显微硬度提高且分布更为均匀，当超声振幅为70 μm时，涂层平均显微硬度高达703.87 HV_0.2，分别是基体和未施加超声时涂层硬度的5.76和1.66倍。此时涂层的耐磨性约为基材的8.7倍，是未施加超声涂层的4.4倍，进一步提高了涂层的耐磨性。