專利名稱：一種鈦合金表面激光熔覆涂層復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面涂層技術(shù)領(lǐng)域，是一種在鈦合金表面激光熔覆涂層的復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
鈦合金具有較高的比強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕性和高溫性能，是航空和航天部門廣泛使用的高性能材料。但鈦合金的摩擦系數(shù)大、耐磨性差，限制了其應(yīng)用范圍。激光熔覆是表面技術(shù)的一種，其以激光束作為熱源，在基體材料表面熔接一層新材料，從而將基體材料的強(qiáng)韌性與增強(qiáng)相材料的耐磨、耐腐蝕和抗氧化性能有機(jī)地結(jié)合在一起，可以大大提高金屬表面的耐磨性能。目前，進(jìn)行鈦合金表面激光熔覆涂層，常采用直接添加SiC、ZrO2、TiC、WC等陶瓷顆粒作為增強(qiáng)相的方法。直接添加的增強(qiáng)相存在界面浸潤性不好、結(jié)合強(qiáng)度低、分散性不好、易偏聚和成團(tuán)、熱穩(wěn)定性不好等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對現(xiàn)有直接添加增強(qiáng)相存在界面浸潤性不好、結(jié)合強(qiáng)度低、分散性不好、易偏聚和成團(tuán)、熱穩(wěn)定不好的弊端，從而提供一種可以使激光涂層的性能大大提高的鈦合金表面激光熔覆涂層復(fù)合材料，鈦合金表面激光熔覆涂層復(fù)合材料是由NiCrBSi粉與占NiCrBSi粉2wt.％～10wt.％的B4C粉末進(jìn)行混合后制備而成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于TiB2和TiC陶瓷材料具有優(yōu)異的耐磨、耐腐蝕和抗氧化性能及高的化學(xué)穩(wěn)定性能，適宜作為激光熔覆復(fù)合涂層中的硬質(zhì)陶瓷增強(qiáng)相。由于鈦合金含有大量的Ti，Ti和B4C能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成TiB2和TiC，所以B4C可以作為激光熔覆過程中反應(yīng)自生增強(qiáng)相的原材料。上述反應(yīng)自生的增強(qiáng)相具有界面浸潤性好、結(jié)合強(qiáng)度高、分散性好、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，使激光涂層的性能大大提高，涂層硬度達(dá)到鈦合金的3～4倍。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式采用基底材料為航空結(jié)構(gòu)件普遍采用的材料Ti-6Al-4V，這樣原位反應(yīng)的Ti來自于Ti-6Al-4V。為了減緩Ti和B4C反應(yīng)的劇烈程度，采用添加NiCrBSi粉的方法，以獲得質(zhì)量良好的復(fù)合涂層，所述的NiCrBSi粉可以是在市場上銷售的任何一種NiCrBSi粉，所添加的B4C粉末占NiCrBSi粉2wt.％～10wt.％，B4C粉末與NiCrBSi粉混合后制備成鈦合金表面激光熔覆涂層復(fù)合材料。
鈦合金表面激光熔覆涂層復(fù)合材料的制備方法為，將NiCrBSi粉與B4C粉末按比例混合，然后在滾筒式混粉機(jī)中進(jìn)行混粉10小時(shí)，然后與配好的有機(jī)粘合劑混成膏劑，均勻刷涂在鈦合金工件表面，涂層厚度控制在0.8mm～1.2mm左右，并在90℃下烘干2小時(shí)，采用CO2激光器，選定激光熔覆工藝參數(shù)為激光器輸出功率600～900W，激光束斑直徑Φ3～Φ6mm，激光掃描速度3～8mm/s，在熔覆過程中不需氬氣(Ar)吹掃保護(hù)。上述的有機(jī)粘合劑為由占體積份數(shù)1份的聚乙稀醇和2份的水混合而成的膏劑。
在激光熔覆過程中，鈦合金中的Ti元素大量進(jìn)入了熔池中。在高溫下，液體Ti和固體B4C界面接觸會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成TiB2和TiC?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下
經(jīng)過激光熔覆，得到以反應(yīng)自生的TiB2和TiC為主，包含多種增強(qiáng)相的鎳基復(fù)合涂層。
具體實(shí)施例方式
二本實(shí)施方式采用的基底材料為航空結(jié)構(gòu)件普遍采用的材料Ti-6Al-4V。工件待熔覆表面經(jīng)水砂紙磨削加工，表面粗糙度Ra＝0.2μm，熔覆前用丙酮清洗干凈。預(yù)涂層材料采用NiCrBSi+5wt.％B4C粉。NiCrBSi粉的粒度范圍為50～80μm，熔點(diǎn)為1100℃，其化學(xué)成分見表1。B4C粉的粒度范圍為10～30μm，熔點(diǎn)為2700℃。
表1 NiCrBSi合金粉的化學(xué)成分

將配好的預(yù)涂粉末NiCrBSi+5wt.％B4C在滾筒式混粉機(jī)中進(jìn)行混粉10小時(shí)，然后與配好的有機(jī)粘合劑混成膏劑，均勻刷涂在鈦合金表面，涂層厚度控制在0.8mm左右，并在90℃下烘干2小時(shí)。采用CO2激光器，選定激光熔覆工藝參數(shù)為激光器功率750W，光斑直徑3mm，掃描速度5mm/s，在熔覆過程中不用氬氣(Ar)吹掃保護(hù)。
單道激光熔覆后，涂層表面平整，呈微凸形，表面無裂紋和大的氣孔。涂層的橫截面寬度約為3.5mm，最大厚度約0.9mm。涂層與鈦合金的界面清晰，無微裂紋和夾雜物，為冶金結(jié)合，強(qiáng)度很高。涂層的微觀組織組織均勻、致密，無裂紋和氣孔，也未發(fā)現(xiàn)不明夾雜物。復(fù)合涂層以過飽和固溶多種元素的γ-Ni為基體，含有反應(yīng)產(chǎn)生的高硬度TiB2和TiC等增強(qiáng)相。
激光熔覆產(chǎn)生固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)，加上高硬度的陶瓷增強(qiáng)相，使得鎳基復(fù)合涂層的硬度比鈦合金提高很多。涂層的顯微維氏硬度測試結(jié)果表明鈦合金的硬度為HV330～HV340，涂層的硬度為HV1200～HV1400。由數(shù)據(jù)對比可以看出，激光涂層的硬度比鈦合金高很多，是鈦合金的3～4倍。
具體實(shí)施例方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二的不同之處在于，所選用的NiCrBSi粉中，Ni63～75wt.％，Cr15～20wt.％、B3～5wt.％、Si3～6wt.％、Fe3～5wt.％、C1wt.％，所用的B4C粉末占NiCrBSi粉的8wt.％。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金表面激光熔覆涂層復(fù)合材料，其特征在于它是由NiCrBSi粉與占NiCrBSi粉2wt.％～10wt.％的B4C粉末進(jìn)行混合后制備而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金表面激光熔覆涂層復(fù)合材料，其特征在于所述NiCrBSi粉中，Ni63～75wt.％，Cr15～20wt.％、B3～5wt.％、Si3～6wt.％、Fe3～5wt.％、C1wt.％。
全文摘要
一種鈦合金表面激光熔覆涂層復(fù)合材料，涉及一種涂層材料。采用目前的涂層材料制備的增強(qiáng)相存在界面浸潤性不好、結(jié)合強(qiáng)度低、分散性不好、易偏聚和成團(tuán)、熱穩(wěn)定不好等缺點(diǎn)。本發(fā)明材料是由NiCrBSi粉與占NiCrBSi粉2wt.％～10wt.％的B
文檔編號(hào)C23C24/00GK1600891SQ20041004394
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月19日
發(fā)明者耿林, 孟慶武, 郭立新, 范小紅 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)