● 摘要
本文针对航空航天、化工、能源及电力工业中在高温、重载环境中服役的机械运动副零部件对高性能耐磨材料的要求，以Ti-Ni-Si合金粉末为原料，设计并利用激光熔炼技术制得了以高硬度Ti5Si3为增强相、以高韧性NiTi为基体的双相金属间化合物耐磨合金。采用光学显微镜（OM）、X射线衍射法（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析（EDS）等手段分析了合金的显微组织，测试了该合金在室温和高温干滑动磨损条件下的耐磨性能，研究了Ti5Si3含量对Ti5Si3/NiTi双相金属间化合物耐磨合金显微组织中Ti5Si3形态、合金硬度、室温磨损性能和磨损机理的影响。结果表明：（1）激光熔炼Ti5Si3/NiTi双相金属间化合物耐磨合金组织致密均匀，由难熔金属硅化物Ti5Si3和金属间化合物NiTi组成，随Ti5Si3含量的增加，合金的显微组织由亚共晶向共晶、过共晶转变，增强相Ti5Si3的形态由细层片状共晶相向块状初生相转变，Ti5Si3的体积分数和合金显微硬度随之亦显著提高。（2）激光熔炼亚共晶、共晶和过共晶Ti5Si3/NiTi双相金属间化合物合金在室温干滑动磨损实验条件下均表现出优异的耐磨性能，其耐磨性是标样GCr15钢的30~90倍，且其磨损失重量对载荷增加极不敏感。（3）亚共晶和共晶Ti5Si3/NiTi双相金属间化合物合金优异的耐磨性能主要归因于：增强相Ti5Si3的高硬度、高弹性模量及金属键、共价键共存的原子间强键结合性质，使合金在磨损过程中有效的抵抗变形，耐磨料磨损和粘着磨损；NiTi基体的高韧性可使其有效的支持增强相Ti5Si3，有助于减少裂纹的产生与扩展。（4）过共晶Ti5Si3/NiTi双相金属间化合物耐磨合金优异的耐磨性除了归因于增强相Ti5Si3的高硬度、高弹性模量及金属键、共价键共存的原子间强键结合性质和NiTi基体的高韧性和伪弹性外，更为重要的原因是：过共晶Ti5Si3/NiTi金属间化合物合金在高载荷条件下磨损表面形成了“无组织特征”表面高硬度层，在进一步磨损的过程中对合金起到了有效的保护作用。磨损后形成的该“无组织特征层”中固溶了一定量的Fe原子和Si原子，其形成原因为：高载荷条件下产生的高摩擦热和高应力导致GCr15对磨环表面的Fe原子固溶进合金亚表层；在此高温度高应力的作用下，合金中Ti5Si3初生相中的Si原子亦向共晶组织中固溶；同时，共晶Ti5Si3向共晶NiTi中固溶。其中，Fe原子和Si原子的固溶强化作用以及磨损表面的加工硬化使得该“无组织特征层”具有较高的硬度，使该合金在高载荷条件下的磨损失重亦不增加。