近期，我校刘静教授和向庆博士作为通讯作者指导硕士研究生代燕在材料科学领域SCI一区Top期刊《Applied Surface Science》在线发表题为“Microstructure and tribology behaviors of WC coating fabricated by surface mechanical composite strengthening”的研究论文。该研究通过表面机械复合强化技术在TA1钛合金表层制备复合强化层，探讨了复合强化层的组织结构与磨损性能的相互作用关系，阐明了复合强化层的形成机制及其强化机制，为改善钛合金的耐磨性能提供了理论依据。

钛合金由于具有优异的比强度和优异的耐腐蚀性，在医疗、航空航天、汽车等领域引起了人们的广泛关注。然而，制约钛合金应用的一个主要问题是耐磨性差。因此，开发耐磨性更好的钛合金可以进一步扩大钛合金的应用范围，这可以通过基体改性（添加合金元素）和表面改性来实现。

在本研究中，报告了表面机械复合强化技术改善TA1钛合金耐磨性能的强化机制。研究了复合强化层的显微组织、微观力学性能和摩擦学性能。结果表明：（1）复合强化层由厚约60 μm的机械变形层和厚约20 μm的富碳化钨颗粒增强涂层组成。机械变形层由表层细晶区和亚表层形变孪晶组成，组织结构呈梯度变化。（2）WC涂层的表面硬度为1572 HV，是基体硬度(~210 HV)的7.5倍。WC颗粒增强涂层具有较高的H/E值(7.9×10⁻²)，H³/E²值高达1.37×10⁻¹Gpa，是基材H³/E²值的104倍，表明WC颗粒增强涂层具有优异的微观力学性能。（3）干磨损试验发现复合强化样的摩擦系数表现为三个阶段：初始低摩擦系数阶段、犁削摩擦阶段和涂层破裂阶段。复合强化层的磨损率为4.03×10⁻⁴(⋅N⁻¹⋅m⁻¹)，仅为原样磨损率的24.8%。磨损表面的形貌分析表明，TA1合金表面发生了严重的粘着磨损，而复合强化样则表现为磨粒磨损和氧化磨损。复合强化层的形成为基体提供了良好的力学支撑和应力释放，避免了局部应力集中。（4）采用表面机械复合强化技术在钛基材料表面制备复合强化层时，磨球的冲击是形成复合强化层的主要驱动力；复合层的形成可分为颗粒嵌入、涂层沉积和致密化三个阶段。这些研究为钛合金改善耐磨性能提供了可行的技术方案和理论参考。

 TA1钛合金经复合强化处理后的表层组织

TA1合金表面机械复合强化前后磨痕的三维形貌：(a)原样，(b)复合强化样，(c)磨痕轮廓，(d)磨损率

钛合金表面复合强化层的形成过程

论文第一作者为2020研究生代燕，该工作得到国家自然科学基金（No. 51574096），贵州省自然科学基金（ZK [2022]319, [2020] 1Z041），以及贵州省教育厅滚动支持省属高校科研平台项目（[2022]012）的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.156759