在当前国家基础设施建设与新型城镇化快速推进的大背景下，液压挖掘机凭 借其高效、稳定的机械化施工能力，在多种工程中得到了广泛应用[1]。液压挖掘机 中的轴向柱塞泵作为液压系统的核心部件，具有工作压力高、功率密度大、噪声低、 容积效率高、变量方便等特点，在工程机械、农业水利、船舶等领域得到了广泛应 用[2]。轴向柱塞泵也是当前液压系统中最常见且广泛应用的液压泵，由于柱塞泵的 工作压力高所以其三大关键摩擦副（滑靴副、柱塞副、配流副）也需要承受较高的 载荷，因此会加剧摩擦副的磨损，导致摩擦表面间隙扩大，增加柱塞泵内部的泄漏， 降低元件的容积效率，还会增加系统发热，最终导致柱塞泵的损坏。这就要求轴向 柱塞泵的三大关键摩擦副具有更好的表面强度及其耐磨性来适应高压、高温、高速 的恶劣工况。在三大关键摩擦副中的配流副是柱塞泵内单个结构最大的摩擦副而 且在满足配流作用的同时又要起到支承缸体以维持缸体受力平衡的作用[3]。在如此 恶劣的工作环境中，配流副极易发生磨损甚至烧盘。因此，柱塞泵配流副要求具备 磨损小，寿命长，热传导性好且韧性强耐冲击性好。

斜盘式轴向柱塞泵及配流盘结构示意图

为了提高铜钢复合材料的结合强度及铜层的耐磨性能，符合建设资源节约型 社会发展方向。通过增加过渡层来缓和基体与涂层材料性能参数差异过大所带来 的问题，设计出一种交替条纹涂层结构，后在Cu及10Sn5Bi层中加入TiBN陶瓷 颗粒，从而实现铜钢复合材料力学及摩擦性能的增强。实验研究设计了适用于激光 熔覆技术的Cu基耐磨涂层的制备方案，分别对其缺陷、组织、力学性能、摩擦性 能进行深入分析，成功制备出了无缺陷、组织致密、力学性能、摩擦性能优良的Cu 基耐磨涂层。

钢激光熔覆制备Cu 基耐磨涂层的研究内容

加入不同TiBN含量的Cu-TiBN粉末颜色：0%TiBN；2%TiBN；4%TiBN； 6%TiBN；8%TiBN

Cu/10Sn5Bi-TiBN 交替涂层的表面形貌:(a)处理前；(b)处理后

不同激光功率下Ni15 熔覆层表面宏观形貌：（a）900W；（b）1000W；（c）1100W；

（d）1200W；（e）1300W

不同间隔Cu/10Sn5Bi 涂层截面形貌：（a）间隔3.3mm；（b）间隔3.5mm；（c）间隔

3.7mm；（d）间隔3.9mm

Cu/10Sn5Bi 交替涂层的整体EDS 面扫描映射图像

4.15（a）Cu/10Sn5Bi 界面的TEM 明场图像；（b）Cu/10Sn5Bi 界面的高分辨率图像；

（c）时效后位置A 的衍射结果；（d）10Sn5Bi 底部的TEM 明场图像；（e）10Sn5Bi 底部的高分辨率图像；（f）时效后位置B 的衍射结果

不同间隔Cu/10Sn5Bi 交替涂层的XRD 图谱

摩擦系数随涂层滑动时间的变化.

在10Sn5Bi 中添加不同TiBN 的Cu/10Sn5Bi-TiBN 涂层整体截面形貌：（a）0%10Sn5Bi-TiBN；（b）2%10Sn5Bi-TiBN；（c）4%10Sn5Bi-TiBN

总结

本文以制备出无缺陷、高硬度、高耐磨的铜钢双金属复合材料为目标，通过优 化Ni15 过渡层制备工艺、设计交替条纹涂层结构以及调控TiBN陶瓷颗粒的掺杂 比例，成功制备出结合强度高、耐磨性优异、力学性能稳定的Cu/10Sn5Bi-TiBN交 替涂层。此外，在研究激光熔覆工艺参数对涂层质量影响的基础上，系统分析了不 同工艺参数以及不同TiBN含量对涂层宏观形貌、微观组织、硬度及耐磨性能的影 响，并进一步建立了它们之间的关联性。具体结论如下： （1）针对铜与45钢基材结合强度差的问题，采用Ni15合金作为过渡层，研 究了不同激光功率、扫描速度和送粉速度对Ni15过渡层宏观形貌和成形质量的影 响。最终得出在激光功率1000W，扫描速度 8mm/s，送粉速度 8r/min，搭接率为 50%，搭接路径为交错路径下的Ni15过渡层缺陷最少，成型好。 （2）针对纯铜涂层耐磨性不足的问题，本文创新性地设计了Cu/10Sn5Bi交替 条纹涂层结构。首先，对Cu和10Sn5Bi层的熔覆工艺参数进行研究，确定Cu和 10Sn5Bi 层的最佳工艺参数后研究了不同搭接间隔对涂层微观组织、力学性能及耐 磨性的影响。研究发现，该交替结构能够兼顾游离态 Bi 良好的流动性、Cu 和 10Sn5Bi 的自润滑作用以及含有Cu3Sn 化合物、Ni、Bi 等元素的“硬质带”的支 撑和扎钉作用，充分发挥了润滑和硬质涂层的协同作用，有效提升了涂层的耐磨性。 （3）针对Cu基粉末激光吸收率低以及进一步增强Cu/10Sn5Bi涂层的硬度及 耐磨性，本文在Cu、10Sn5Bi涂层中分别掺杂不同含量的TiBN陶瓷颗粒，并研究 其对涂层微观组织、硬度和摩擦磨损性能的影响。研究表明，TiBN陶瓷颗粒的引入不仅提高了Cu基粉末的激光吸收率，还显著增强了涂层的耐磨性和硬度。当Cu 及10Sn5Bi 层中掺杂TiBN含量为2%时，涂层整体硬度得到较大提升，涂层整体 摩擦系数降低至0.36。