铝合金表面反应喷涂和搅拌摩擦加工制备A12O3-TiB2复相涂层的研究

铝合金是实现汽车轻量化的重要材料，但是铝合金的硬度很低，耐磨性能很差，应用范围受到很大的限制。所以提高铝合金的耐磨性是汽车制造领域急需解决的前沿课题，在铝合金表面制备耐磨涂层是提高铝合金耐磨性的主要途径。本项目研究铝合金表面反应喷涂和搅拌摩擦加工制备Al2O3-TiB2复相涂层。研究反应喷涂制备Al2O3-TiB2复相涂层工艺；研究反应喷涂制备Al2O3-TiB2复相涂层的机理；研究Al2O3-TiB2复相涂层搅拌摩擦加工工艺；研究搅拌摩擦加工对Al2O3-TiB2复相涂层的作用机制；研究涂层成分配比、涂层制备工艺、涂层搅拌摩擦加工工艺对铝合金表面Al2O3-TiB2复相涂层性能、涂层与基体之间界面结合强度的影响；最后预期获得铝合金表面反应喷涂和搅拌摩擦加工制备Al2O3-TiB2复相涂层的工艺，提高铝合金的耐磨性能。

铝合金是实现汽车轻量化的重要材料，但是铝合金的硬度很低，耐磨性能很差。在铝合金表面制备孔隙少、结合强度高、耐磨性好的涂层是本项目的主要研究目的。.本项目采用反应喷涂方法，在铝合金表面制备Al-Al2O3-TiB2和Ni-Al2O3-TiB2复相涂层。研究了A1-B2O3-TiO2、Ni-A1-B2O3-TiO2粉末体系机械合金化作用机制和燃烧反应特性。研究了反应喷涂制备Al-Al2O3-TiB2和Ni-Al2O3-TiB2复相涂层的原理及工艺。应用搅拌摩擦加工技术原理，对铝合金表面反应喷涂制备的Al2O3-TiB2复相涂层进行搅拌摩擦加工。研究了搅拌摩擦加工对涂层组织、结合强度和耐磨性能的影响及作用机制。.本项目取得了以下重要研究结果：.（1）Al-B2O3-TiO2粉末体系在球磨过程中，过量Al的质量百分数低于20%时，Al还原TiO2反应的理论绝热温度低于1800K，Al还原B2O3反应远高于1800K，其反应产生的热量促使Al还原TiO2反应发生，生成Al2O3和TiB2。当过量Al的质量百分数为超过20%时，Al还原TiO2和B2O3反应的理论绝热温度都低于1800K，不能发生化学反应。.（2）Ni-Al-B2O3-TiO2粉末体系在球磨过程中，Ni优先生成了NiAl化合物，促进了Al还原TiO2和B2O3反应的发生，产生加速效应，缩短化学反应10Al+3TiO2+3B2O3=5Al2O3+3TiB2发生所需的时间。.（3）Al-B2O3-TiO2和Ni-A1-B2O3-TiO2粉末体系随着球磨时间的增加，促使自蔓延化学反应10Al+3TiO2+3B2O3=5Al2O3+3TiB2的点火温度下降，从未球磨的1000℃以上下降到600℃左右。.（4）过量Al的A1-B2O3-TiO2粉末体系经过一定时间球磨，在等离子喷涂过程中能够发生化学反应，获得Al- Al2O3-TiB2复合涂层。.（5）铝合金表面Al-Al2O3-TiB2复合涂层经过搅拌摩擦加工，涂层发生了剧烈的热-机械变形，形成细小、致密的新晶粒。涂层和基材间由于剧烈的热-机械变形产生固相焊合，结合强度由提高近10倍。.（6）涂层搅拌摩擦加工作用机制是形变诱导位错切割机制，首先形成滑移带，同时位错密度不断增加并聚集成小角度晶界，然后逐渐转变成大角度晶界，将晶粒分解细化，最终演变成致密的超细等轴晶。