專利名稱：一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種制備原位生成TiC或者TiN復(fù)合涂層的方法，本發(fā)明制備的增強(qiáng)復(fù)合涂層適用于模具、工具及其它易磨損部件的表面強(qiáng)化。

背景技術(shù)：
在各個工業(yè)部門，許多機(jī)械裝置在其正常使用過程中，由于其工作表面與被加工工件頻繁接觸、撞擊，會造成模具表層一定程度的磨蝕、剝蝕，久而久之，整套模具會因過度磨損而失效。工業(yè)界往往需要花費大量人力、財力及時間，對因過度磨損而過早報廢的元件進(jìn)行替換。這些元件如果使用硬質(zhì)合金進(jìn)行制造，其使用壽命可以提高一些，但是，這樣也將花費極大的成本。
目前的解決方法是在工業(yè)元件表面制備一層強(qiáng)化層以提高其耐磨損性能。制備強(qiáng)化層的方法很多，如表面化學(xué)擴(kuò)散處理(氮化或碳化鐵基材料等)。使用這些技術(shù)的缺點是需要對整個元件進(jìn)行加熱處理，這不僅消耗巨大的人力、物力、財力，還會造成元件尺寸的變化和整體性能的下降，并且在表面處理后，還需要進(jìn)一步進(jìn)行后續(xù)的熱處理工作。
陶瓷強(qiáng)化相碳化鈦、氮化鈦等具有硬度高、熔點高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，是良好的耐高溫耐磨損材料。在基體元件表面制備一層陶瓷相強(qiáng)化層將極大提高其耐磨損性，從而延長機(jī)械裝置的使用壽命。目前，制備該種強(qiáng)化層的研究主要集中在化學(xué)氣相沉積(CVD)和離子鍍膜法，用這些方法制備強(qiáng)化層需要在較高溫度下進(jìn)行，這對基體材料的整體性能將產(chǎn)生影響；同時用這些方法制備的強(qiáng)化層只是沉積在基體表面，與基體的結(jié)合力并不能令人滿意。
針對以上方法制備強(qiáng)化相復(fù)合涂層成本高，強(qiáng)化層與基體材料結(jié)合強(qiáng)度不高等問題，專利號為92105630的中國專利公開一種采用電弧熱噴涂工藝在基體金屬表面噴涂制備氮化鈦強(qiáng)化涂層。其原理是采用鈦線作為鈦源，用高純度的氮氣代替空氣作為推進(jìn)氣體，在電弧熱噴涂過程中，霧化的鈦在飛行過程中便與氮氣發(fā)生反應(yīng)，生成氮化鈦化合物。當(dāng)熔融的氮化鈦滴落到正在涂覆的元件表面時固化，便形成一層硬的氮化鈦涂層，從而防止元件磨損和腐蝕。這種方法相對于化學(xué)氣相沉積、等離子噴涂，成本低廉，此外，電弧噴涂只要花費數(shù)分鐘，相對于化學(xué)氣相沉積等工藝，時間大大縮短。但是由該法制備的氮化鈦強(qiáng)化層和基體之間沒有達(dá)到冶金結(jié)合的效果，結(jié)合力不牢固的問題仍然沒有得到解決，以上專利，從原理上講，是運用電弧熱噴涂工藝，通過鈦與穩(wěn)定的氮氣反應(yīng)來制備碳化鈦，這需要很高的能量。
天津理工大學(xué)的另一些學(xué)者(R.L.Sun，Y.W.Lei，W.Niu.Laser clad TiCreinforced NiCrBSi composite coatings on Ti-6Al-4V alloy using a CWCO2 laser[J].Surface & Coatings Technology 203(2009)1395-1399)采用激光熔覆的方法在Ti-6Al-4V表面制備碳化鈦增強(qiáng)復(fù)合涂層。操作方法是按1∶3的體積比混合TiC粉末和NiCrBSi粉末，再用有機(jī)粘結(jié)劑將混合粉末預(yù)置到基體表面，然后選一個優(yōu)化的激光參數(shù)處理預(yù)置層，制備出碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層。由于強(qiáng)化相碳化鈦顆粒彌散在強(qiáng)化層中，因此相對于基體材料而言，強(qiáng)化涂層的硬度和耐磨性都有較大提高；同時由于激光作用過程中基體熔化，碳化鈦顆粒在熔化的基體表面沉積，在強(qiáng)化層到基體形成一定梯度，相當(dāng)于在在強(qiáng)化層和基體之間加入了一層過渡層，使得強(qiáng)化層與基體之間形成冶金結(jié)合，結(jié)合力大大提高。但是，這種方法的缺陷是首先，強(qiáng)化層和基體之間的熱膨脹系數(shù)之間存在差異，容易開裂，影響兩者界面的結(jié)合力；其次，碳化鈦熔點較高，密度小，在制備涂層過程中，熔融狀態(tài)的碳化鈦顆粒容易鑲嵌在涂層表面，使得制備的涂層粗糙度較大；最后，碳化鈦顆粒在熔覆過程中容易聚團(tuán)，影響涂層性能均勻性。
韓國的浦項工科大學(xué)的一些學(xué)者(Jongmin Lee，Kwangjun Euh，Jun CheolOh，Sunghak Lee.Microstructure and hardness improvement ofTiC/stainless steel surface composites fabricated by high-energyelectron beam Irradiation[J].Materials Science and Engineering A323(2002)251-259)采用高能電子束掃描的方式在AISI 304不銹鋼基體表面制備碳化鈦增強(qiáng)復(fù)合涂層。操作方法是以摩爾比1∶1將純鈦粉和炭黑粉末混合，然后預(yù)置在不銹鋼基體表面，再用高能電子束處理預(yù)置表面，通過鈦和碳粉的反應(yīng)形成碳化鈦制備出碳化鈦強(qiáng)化復(fù)合涂層。用該法制備的碳化鈦強(qiáng)化層表面光潔、無裂紋，無氣孔，且由于碳化鈦是原位反應(yīng)形成，在涂層中并未發(fā)現(xiàn)有聚團(tuán)現(xiàn)象。但是這種方法的缺陷是首先，純鈦粉末價格相對較高，且在容易發(fā)生氧化；其次，要將這兩種粉末均勻混合非常困難，粉末混合不均勻?qū)⒂绊憦?qiáng)化相碳化鈦的反應(yīng)生成，同時造成涂層性能在區(qū)域內(nèi)存在差異，影響整體性能。
清華大學(xué)的一些學(xué)者(楊森，鐘敏霖，劉文今。激光熔覆制備Ni/TiC原位自生成復(fù)合涂層及其組織形成規(guī)律研究[J]。應(yīng)用激光，2002，22(2)105～108)采用激光熔覆的方式在45鋼表面獲得了原位反應(yīng)生成TiC的復(fù)合涂層。操作方法是預(yù)先按一定比例混合Ni60粉末、鈦粉以及碳粉，然后用粘結(jié)劑預(yù)置于基體表面，再通過激光處理獲得強(qiáng)化層；實驗制備的強(qiáng)化層宏觀質(zhì)量完好，無裂紋和氣孔等缺陷，且強(qiáng)化顆粒在涂層中分布均勻，強(qiáng)化涂層與基體呈冶金結(jié)合。但是，這種方法的缺陷是首先，強(qiáng)化相TiC是元素Ti和元素C通過原子直接結(jié)合的，其總方程式為Ti+C→TiC，因為形成的TiC晶體結(jié)構(gòu)和金屬Ti以及石墨的結(jié)構(gòu)都不相同，所以反應(yīng)需要的能量較高不容易充分反應(yīng)；其次，采用手工碾磨混合粉末，混合效果不理想，只適合少量實驗，無法在工業(yè)上推廣應(yīng)用，并且，粉末混合不均勻?qū)⒂绊憦?qiáng)化相碳化鈦的反應(yīng)生成，同時造成涂層性能在區(qū)域內(nèi)存在差異，影響整體性能。


發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，采用該方法制備的強(qiáng)化涂層表面光潔、無裂紋和氣孔，而強(qiáng)化顆粒在涂層中分布均勻，強(qiáng)化涂層與基體呈冶金結(jié)合，并且采用濕化學(xué)方法制備混合粉末混合均勻、保證充分反應(yīng)，適于工業(yè)上推廣應(yīng)用。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案 一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，包括如下步驟 (1)用濕化學(xué)法制備水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體； (2)將上述混合粉體預(yù)置在基體表面； (3)在氬氣氣氛中，以激光作為熱源在基體表面輻照形成熔池，預(yù)置的混合粉末在高溫的環(huán)境中發(fā)生碳熱化學(xué)反應(yīng)生成碳化鈦，最終在基體表面制備獲得碳化鈦復(fù)合涂層。
濕化學(xué)法，即沉淀法，就是在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯┛傻玫礁鞣N成分的均一的沉淀物，再將沉淀物進(jìn)行干燥或鍛燒，從而制得相應(yīng)的粉體顆粒。本方案中采用濕化學(xué)法制備的水合二氧化鈦和石墨粉混合粉體，可以保證兩種成分均勻混合、比例適當(dāng)、顆粒間結(jié)合緊密，并且該混合粉體狀態(tài)穩(wěn)定便于存放或與其他材料混合，這樣不僅成本較低，而且不需在機(jī)械球磨條件下就能將兩種粉體混合均勻，在激光作用下碳熱還原反應(yīng)生成TiC更快，顆粒細(xì)小，分布均勻；本方案通過激光強(qiáng)化預(yù)置涂層的方式，原位反應(yīng)生成碳化鈦，從而獲得強(qiáng)化層，由于預(yù)置粉末中TiO2·2H2O和C結(jié)合緊密，反應(yīng)開始溫度明顯降低。
現(xiàn)有技術(shù)中，通過外加熱源使鈦粉和碳粉通過Ti+C→TiC反應(yīng)生成TiC的形成溫度很高，主要原因如下反應(yīng)生成的TiC的反應(yīng)式在鈦金屬顆粒熔化后發(fā)生的(屬于溶液型反應(yīng))，而鈦的熔點為1678℃，因此其反應(yīng)溫度至少在1700℃左右。而本方案過程中，形成TiC是碳熱反應(yīng)的結(jié)果，TiO2被還原成一系列Ti的氧化物，最后得到TiO，然后C原子通過置換TiO中0，實現(xiàn)TiC生成，因此在最后過程中，從TiO到TiC其晶格形態(tài)并未發(fā)生改變，其總反應(yīng)方程為Ti(OH)4+3C→TiC+2H2O+2CO，因為碳熱反應(yīng)(TiO2和C之間固固反應(yīng))生成TiC的反應(yīng)在1400℃就可以開始，到1475℃開始大量反應(yīng)生成TiC，所以相對于現(xiàn)有技術(shù)來說，本方案對反應(yīng)需要的起始溫度更低，其反應(yīng)能夠也更加容易和充分進(jìn)行，其中原因可以認(rèn)為是由于TiC晶體結(jié)構(gòu)和金屬鈦以及石墨的結(jié)構(gòu)都不相同，因此純元素的合成反應(yīng)需要的能量較高；而碳熱反應(yīng)最后從TiO到TiC過程晶體結(jié)構(gòu)不變，因此，降低了反應(yīng)的能量需求，減少了反應(yīng)過程的收縮與膨脹引起的開裂。
上述步驟(3)中碳熱化學(xué)反應(yīng)在充滿氬氣的氣體倉中進(jìn)行，氬氣流量為15～20L/min。
同時，本發(fā)明所采用的制備碳化鈦增強(qiáng)復(fù)合涂層的方法，也適用于制備TiN增強(qiáng)復(fù)合涂層，都可以用濕化學(xué)法將其水合氧化物和石墨混合，然后在保護(hù)氣氛圍下，選用激光熔覆到基體上制備。例如，用于制備TiN強(qiáng)化層或者TiN和TiC的復(fù)合強(qiáng)化層，具體包括如下步驟 (1)用濕化學(xué)法制備水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體； (2)將上述混合粉體和尿素用去離子水混合均勻，并預(yù)置在基體表面； (3)在氮氣氣氛中，以激光作為熱源在基體表面輻照形成熔池，預(yù)置的混合粉體和尿素在高溫的環(huán)境中發(fā)生碳熱還原氮化反應(yīng)生成氮化鈦，最終在基體表面制備獲得氮化鈦復(fù)合涂層或者氮化鈦和碳化鈦的復(fù)合強(qiáng)化相涂層。
該方案中采用水合二氧化鈦和石墨粉的混合粉體與尿素混合作為激光強(qiáng)化的預(yù)置粉末，其過程的反應(yīng)方程為 4Ti(OH)4+2CON2H4+C→4TiN+3CO2+12H2O 一般理想狀態(tài)下，可以認(rèn)為通過上述反應(yīng)制備TiN強(qiáng)化層；但是由該反應(yīng)制備氮化鈦過程中，由于碳熱還原反應(yīng)過程需要的碳含量需要過量，這種情況下，過量的碳將繼續(xù)與Ti(OH)4反應(yīng)生成TiC，因此，反應(yīng)生成的強(qiáng)化層實際為TiC和TiN復(fù)合層。上述反應(yīng)過程在氮氣氣氛中進(jìn)行，有助于氮化鈦的生成。該方案步驟(3)中碳熱化學(xué)反應(yīng)在充滿氮氣的氣體倉中進(jìn)行，氮氣流量為15～20L/min。
作為優(yōu)選，上述方案中的所述步驟(1)包括制備石墨的均勻分散的懸浮液，再將鈦酸丁脂、鈦酸異丙脂或者異丙醇鈦滴加入石墨懸浮液中，并攪拌均勻，然后將溶液過濾、干燥、碾磨后得到水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體。其中，鈦酸丁脂、鈦酸異丙脂或者異丙醇鈦可與水發(fā)生水解反應(yīng)，總反應(yīng)式如下M(OR)n+nH2O→M(OH)n+nROH，其中的OR為烷氧基，在制備混合粉末過程中，M(OR)n可以是鈦酸丁脂，也可以是鈦酸異丙脂、異丙醇鈦。
預(yù)先配置石墨懸浮溶液可以保證石墨均勻分布在溶液中，滴加鈦酸丁脂、鈦酸異丙脂或者異丙醇鈦后，它們通過水解反應(yīng)生成的Ti(OH)4膠粒遇到水中的石墨顆粒便產(chǎn)生粘附，這樣可以做到兩者混合更均勻，顆粒間結(jié)合更緊密。
為了有利于后續(xù)步驟中的碳熱反應(yīng)充分，上述步驟(1)制備的混合粉末中水合二氧化鈦與石墨粉的摩爾量比優(yōu)選為1∶5～1∶8。所述步驟(2)中預(yù)置涂層厚度為0.1～0.3mm。
作為優(yōu)選，所述步驟(3)中采用脈沖Nd:YAG激光對預(yù)置層進(jìn)行強(qiáng)化處理，電流為200～280A，脈寬為2～4ms，頻率15～40Hz，掃描速率為30～60mm/min。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢 1.本法工藝簡單，成本低，原料利用率高，制備涂層強(qiáng)化效果好，現(xiàn)有技術(shù)中強(qiáng)化層顯微硬度為850HV0.2，本發(fā)明強(qiáng)化層顯微硬度最高達(dá)1150HV0.2，并且強(qiáng)化層表面光潔、無裂紋和氣孔，強(qiáng)化顆粒在涂層中分布均勻，強(qiáng)化涂層與基體呈冶金結(jié)合。
2.本法采用濕化學(xué)法混合二氧化鈦和石墨粉，使其混合更加均勻，且不容易產(chǎn)生污染；同時它們的接觸面積也非常大，這不但會使碳熱反應(yīng)速度加快，也降低了反應(yīng)溫度，減少了反應(yīng)產(chǎn)物晶粒長大的機(jī)會，同時使二氧化鈦與石墨粉更充分地反應(yīng)，提高了效率，節(jié)約了資源。
3.本發(fā)明采用激光輻照的方法來制備TiC復(fù)合涂層。激光可以瞬時提供高能量，達(dá)到反應(yīng)所需溫度，使得形成增強(qiáng)相的反應(yīng)速度非?？欤瑫r由于熔池冷卻速度快，使得反應(yīng)產(chǎn)物晶粒來不及長大，彌散在強(qiáng)化層中。



圖1是實施例1的工藝流程圖； 圖2是實施例1的實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是實施例1的強(qiáng)化涂層表面的XRD分析圖。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做一個詳細(xì)的說明。
實施例1 如圖1所示的一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，包括如下步驟 (1)用濕化學(xué)法制備水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體； (2)將上述混合粉體預(yù)置在基體表面； (3)在氬氣氣氛中，以激光作為熱源在基體表面輻照形成熔池，預(yù)置的混合粉末在高溫的環(huán)境中發(fā)生碳熱化學(xué)反應(yīng)生成碳化鈦，最終在基體表面制備獲得致密、均勻、無缺陷的碳化鈦復(fù)合涂層。
步驟(1)均勻混合水合二氧化鈦和石墨粉； 通過鈦酸丁酯水解，可以得到水合二氧化鈦沉淀。將鈦酸丁脂溶于無水乙醇中配成適當(dāng)濃度的溶液，在常溫、常壓、磁力攪拌條件下滴加入均勻分散的行墨粉懸浮溶液中，使鈦酸丁脂徹底水解，其水解總方程如下 Ti(OC4H9)4+4H2O→Ti(OH)4+4C4H9OH； 繼續(xù)攪拌后，充分?jǐn)嚢韬筮^濾，除去雜質(zhì)和水分，避免硬團(tuán)聚的生成，然后烘干碾磨后得到均勻混合的水合二氧化鈦(Ti(OH)4)和石墨粉體。過濾物中水合二氧化鈦與石墨的摩爾比為1∶(5～8)(本實施例為1∶8)。在上面制備復(fù)合粉體的過程中，Ti(OH)4膠粒在水解反應(yīng)過程中生成，遇到水中的石墨顆粒便粘附于上面，同時由于均勻磁力攪拌，使生成的Ti(OH)4膠粒遇到石墨顆粒的幾率趨于相等，因此，可以認(rèn)為兩者是均勻混合。
步驟(2)將上述混合粉體預(yù)置在基體表面； 預(yù)置涂層厚度為0.1～0.3mm(本實施例為0.3mm)。
步驟(3)強(qiáng)化復(fù)合涂層的制備； 激光輻照過程實驗裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，主要由激光器1和氣體倉2組成，其中三通接口3處為一個入口，兩個出口，入口5與氬氣瓶減壓閥相連，一個出口接氬氣保護(hù)箱(氣體倉2)，保護(hù)試樣4在激光強(qiáng)化過程中不被氧化，并能通過調(diào)節(jié)氣壓大小控制保護(hù)箱內(nèi)氣氛；另一個出口接激光器1以保護(hù)鏡片，保持激光器內(nèi)部和保護(hù)箱內(nèi)壓力基本平衡。
將基體材料拋光，除油處理后放入反應(yīng)倉中，在反應(yīng)倉中通入氬氣并排出反應(yīng)倉內(nèi)的空氣，氬氣流量為15-20升/分鐘，然后選用激光將上一步制備的混合粉末通過預(yù)置的方式熔覆到基體上，然后在流動氬氣下，自然冷卻至室溫，得到碳化鈦強(qiáng)化復(fù)合涂層?？梢酝ㄟ^激光工藝參數(shù)控制強(qiáng)化層中強(qiáng)化相顆粒的大小以及反應(yīng)效率。所以這些參數(shù)的選擇均對反應(yīng)后強(qiáng)化層中強(qiáng)化相的粒徑、產(chǎn)量有至關(guān)重要的影響，選擇合理的參數(shù)非常重要。
本發(fā)明形成碳化鈦的反應(yīng)方程式為
由于碳熱反應(yīng)生成碳化鈦的過程是產(chǎn)生CO的，因此，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡條件，適當(dāng)提高氮氣分壓，降低CO分壓，有利于反應(yīng)向產(chǎn)生碳化鈦方向發(fā)展。
經(jīng)上述步驟獲得結(jié)構(gòu)致密、性能優(yōu)良、與基體成冶金結(jié)合的碳化鈦強(qiáng)化復(fù)合涂層，強(qiáng)化層深度為250μm，表層硬度達(dá)到1150HV0.2，圖3為強(qiáng)化層表面的XRD分析，由圖分析可知，強(qiáng)化層主要由Fe、TiC、FeTiO3組成。
實施例2 一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，包括如下步驟 1.取2g石墨用無水乙醇潤濕后，加入到400ml去離子水中，并用超聲波分散處理一定時間，防止石墨顆粒之間發(fā)生團(tuán)聚，從而得到均勻分散的石墨顆粒懸浮液。
2.取10ml異丙醇鈦加入到100ml無水乙醇中，攪拌15分鐘后，滴加到均勻分散的石墨懸浮液中，使得異丙醇鈦徹底水解，并均勻附著于分散的石墨顆粒上。((二氧化鈦與石墨的摩爾比為1∶5)，繼續(xù)強(qiáng)力攪拌后過濾，先用去離子水洗滌過濾物，去除雜質(zhì)，再用無水乙醇洗滌兩次，然后將過濾物在70℃條件下烘8小時，碾磨、過篩。
3.對45鋼基體除油、除銹，將制得的水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的粉末預(yù)置在基體表面，然后放入反應(yīng)倉內(nèi)，通上氬氣排出空氣，氬氣流量為15L/min，最后選用脈沖Nd:YAG激光對覆層進(jìn)行輻照，參數(shù)為電流250A，脈寬2.5ms，頻率18Hz，掃描速率50mm/min。
經(jīng)上述步驟獲得結(jié)構(gòu)致密、性能優(yōu)良、與基體成冶金結(jié)合的碳化鈦強(qiáng)化復(fù)合涂層，強(qiáng)化層深度為200μm，表層硬度達(dá)到1100HV0.2。
實施例3 一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，包括如下步驟 (1)用濕化學(xué)法制備水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體； (2)將上述混合粉體和尿素用去離子水混合均勻，并預(yù)置在基體表面； (3)在氮氣氣氛中，以激光作為熱源在基體表面輻照形成熔池，預(yù)置的混合粉體和尿素在高溫的環(huán)境中發(fā)生碳熱還原氮化反應(yīng)生成氮化鈦，最終在基體表面制備獲得氮化鈦和碳化鈦的復(fù)合強(qiáng)化相涂層。
具體制備過程如下 1.取2g石墨用無水乙醇潤濕后，加入到400ml去離子水中，并用超聲波分散處理一定時間，防止石墨顆粒之間發(fā)生團(tuán)聚，從而得到均勻分散的石墨顆粒懸浮液。
2.取10ml異丙醇鈦加入到100ml無水乙醇中，攪拌15分鐘后，滴加到均勻分散的石墨懸浮液中，使得異丙醇鈦徹底水解，并均勻附著于分散的石墨顆粒上。(本實驗碳含量需過量，因此取二氧化鈦與石墨的摩爾比為1∶5)，繼續(xù)強(qiáng)力攪拌后過濾，先用去離子水洗滌過濾物，去除雜質(zhì)，再用無水乙醇洗滌兩次，然后將過濾物在70℃條件下烘8小時，碾磨、過篩。
3.對45鋼基體除油、除銹，將制得的水合二氧化鈦(Ti(OH)4)、石墨粉和尿素用去離子水混合均勻，并預(yù)置在基體表面，然后放入反應(yīng)倉內(nèi)，通上氮氣排出空氣，氮氣氣流量為20L/min，最后選用脈沖Nd:YAG激光對覆層進(jìn)行輻照，參數(shù)為電流230A，脈寬2.5ms，頻率18Hz，掃描速率60mm/min。
經(jīng)上述步驟獲得結(jié)構(gòu)致密、性能優(yōu)良、與基體成冶金結(jié)合的氮化鈦強(qiáng)化復(fù)合涂層，強(qiáng)化層深度為200μm，表層硬度達(dá)到1060HV0.2。
權(quán)利要求
1.一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟
(1)用濕化學(xué)法制備水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體；
(2)將上述混合粉體預(yù)置在基體表面；
(3)在氬氣氣氛中，以激光作為熱源在基體表面輻照形成熔池，預(yù)置的混合粉末在高溫的環(huán)境中發(fā)生碳熱化學(xué)反應(yīng)生成碳化鈦，最終在基體表面制備獲得碳化鈦復(fù)合涂層。
2.一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟
(1)用濕化學(xué)法制備水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體；
(2)將上述混合粉體和尿素用去離子水混合均勻，并預(yù)置在基體表面；
(3)在氮氣氣氛中，以激光作為熱源在基體表面輻照形成熔池，預(yù)置的混合粉體和尿素在高溫的環(huán)境中發(fā)生碳熱還原氮化反應(yīng)生成氮化鈦，最終在基體表面制備獲得氮化鈦復(fù)合涂層或者氮化鈦和碳化鈦的復(fù)合強(qiáng)化相涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)包括制備石墨的均勻分散的懸浮液，再將鈦酸丁脂、鈦酸異丙脂或者異丙醇鈦滴加入石墨懸浮液中，并攪拌均勻，然后將溶液過濾、干燥、碾磨后得到水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)制備的混合粉末中水合二氧化鈦與石墨粉的摩爾量比為1∶5～8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中預(yù)置涂層厚度為0.1～0.3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中采用脈沖Nd:YAG激光對預(yù)置層進(jìn)行強(qiáng)化處理，電流為200～280A，脈寬為2～4ms，頻率15～40Hz，掃描速率為30～60mm/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中碳熱化學(xué)反應(yīng)在充滿氬氣的氣體倉中進(jìn)行，氬氣流量為15～20L/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中碳熱化學(xué)反應(yīng)在充滿氮氣的氣體倉中進(jìn)行，氮氣流量為15～20L/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬表面激光強(qiáng)化涂層的制備方法，包括如下步驟用濕化學(xué)法制備水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體；將上述混合粉體預(yù)置在基體表面；在氬氣氣氛中，以激光作為熱源在基體表面輻照形成熔池，預(yù)置的混合粉末在高溫的環(huán)境中發(fā)生碳熱化學(xué)反應(yīng)生成碳化鈦，最終在基體表面制備獲得碳化鈦復(fù)合涂層。同樣也適用于制備TiN增強(qiáng)復(fù)合涂層，都可以用濕化學(xué)法將其水合氧化物和石墨混合，再與尿素混合作為預(yù)置粉末，激光熔覆到基體上制備。本技術(shù)方案制備的強(qiáng)化涂層表面光潔、無裂紋和氣孔，而強(qiáng)化顆粒在涂層中分布均勻，強(qiáng)化涂層與基體呈冶金結(jié)合，并且采用濕化學(xué)方法制備混合粉末混合均勻、保證充分反應(yīng)，適于工業(yè)上推廣應(yīng)用。
文檔編號C23C24/10GK101812684SQ20101014914
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者姚建華, 徐檸, 張群莉 申請人:姚建華