项目简介:

       针对我国汽车行业、国防事业等多个领域对发动机零部件有着轻量化、耐热、耐蚀、耐磨等多方位的综合需求，采用新型基体材料制备关键零部件，并对其表面激光合金化处理获得性能优异的多功能复合涂层具有重要的意义。激光合金化系在高能量激光束的作用下，一种或多种合金元素和基体材料表层一起迅速熔化形成熔池，在熔池中发生一系列复杂的化学反应，凝固后即在材料表面形成与基材呈现冶金结合的合金化层，原位生成的强化相与涂层基体相的相容性较好，有利于合金化层性能的改善，是钛及钛合金表面强化与改性的有效方法之一，选用新型高温钛合金为发动机气门的基体材料，除可减重外，更可提高发动机极限转速、节省燃油及降低噪声，从多方面综合提高发动机性能。并选用镍包覆的 h-BN 作为涂层材料，在钛合金气门表面制备激光合金化涂层，生成不同的陶瓷强化相，保留适量的 h-BN自润滑相，无需另外添加固体润滑剂，即可实现自润滑，可从“抗磨”与“减摩”两方面提高气门耐磨性，进而延长气门的工作寿命，实现一定意义上的突破与颠覆。本课题组多年来致力于材料表面激光强化与改性等方面的研究工作，承担激光加工相关项目 20 余项，发表材料激光表面强化与改性相关论文 110 余篇(其中 SCI 收录 85 篇、 EI 收录 101 篇)，已授权相关国家发明专利 14 项，目前在激光加工研究领域处于较为领先的地位。
        项目研究目标主要包括：自润滑相 h-BN 在涂层中的保留条件，及其含量、大小、形态与分布特征与涂层自润滑性能的关系；陶瓷强化相的界面结构、原位形核机制与生长机理；涂层高温摩擦磨损特性与各因素间的关联，具体包括高温自润滑机理及合金化层硬度、韧性和残余应力等因素。预期达到： (1)涂层硬度控制在 1200~1600 HV 范围内，以保证涂层的综合性能，与基体相比，涂层摩擦系数降低 20%，耐磨性提高 5 倍以上； (2)涂层抗高温氧化性能提高 50%以上；(3)涂层耐燃气热腐蚀性能提高50%以上； (4)热疲劳性能提升一个等级。