鈦合金激光表面合金化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金激光表面合金化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金具有低密度、比強(qiáng)度及屈強(qiáng)度高等特點(diǎn)，它能提供低重量、耐腐蝕結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)用于醫(yī)療、航空等領(lǐng)域，尤其是在高推比航空發(fā)動機(jī)及先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)等國防武器裝置中的用量及對武器裝備技術(shù)水平的作用越來越大。而且它還可以應(yīng)用于能源、化學(xué)加工、航海和運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。
[0003]但是，目前現(xiàn)有技術(shù)所制備的鈦及鈦合金(CN201180030176.6)表面硬度較低，化學(xué)活性較大，尤其是鈦及鈦合金本身的特性嚴(yán)重限制了其更廣泛的應(yīng)用。因此，進(jìn)一步提高鈦及鈦合金的耐磨性、抗氧化抗腐蝕性等表面性能成為目前鈦合金應(yīng)用領(lǐng)域的一個難題。目前現(xiàn)有研究主要從改進(jìn)合金的成分和制備工藝，對鈦合金進(jìn)行表面改性等方面進(jìn)行改進(jìn)。
[0004]在鈦合金表面進(jìn)行表面制備合金涂層是目前比較有效的方法，而其方法主要有傳統(tǒng)滲碳滲氮、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、離子注入以及激光表面改性等。但是這些方法具有技術(shù)成本高、技術(shù)完成周期長、技術(shù)效果不明顯等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提出一種能夠降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)鈦合金耐磨性的鈦合金激光表面合金化方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種鈦合金激光表面合金化的方法，步驟如下:
[0007](I)將合金粉末由以下重量百分含量的組分組成:C30_40%、Ti 10-20%、Si5%、C20%、N20%、A15%，碾磨所述的合金粉末至分散均勻且平均粒徑小于3um，用粘結(jié)劑調(diào)制成膏狀物。合金粉末中的碳和氮對于鈦合金表面強(qiáng)化具有重要的作用。有色金屬，非金屬元素的加入可以全面豐富鈦合金表面的多種性能的提升。均勻分散有利于鈦合金表面的強(qiáng)化。平均粒徑越小，對于鈦合金表面強(qiáng)化越有利。
[0008](2)將所述膏狀物均勻涂覆于預(yù)處理的鈦合金基體表面，涂覆厚度為0.4-0.6mm,晾干。涂覆的厚度對于鈦合金激光表面合金化具有很重要的影響，因?yàn)榧す獾膾呙鑼绊戔伜辖鸨砻娴暮辖鸹瘜W(xué)反應(yīng)。
[0009](3)對涂有合金粉末的鈦合金基體表面進(jìn)行激光掃描，激光功率為500W，光斑直徑為4mm，掃描速度為1200-1500mm/min，得到鈦合金激光表面化合金涂層。激光掃描的速度，功率對于激光表面合金化也具有很大的影響，將會對合金化層中合金化程度，合金化層裂紋和表面不平整度的控制產(chǎn)生影響。
[0010]優(yōu)選的，步驟(I)中的粘結(jié)劑為聚乙酸乙烯酯溶液。
[0011]優(yōu)選的，步驟(I)中的合金粉末由以下重量百分含量的組分組成:C30%、Ti20%、Si5%、C20%、N20%、A15%。上述的重量百分含量比的合金粉末對于合金化程度可以達(dá)到效果最佳。
[0012]優(yōu)選的，步驟(2)中的涂覆厚度為0.5_。上述的涂覆厚度對于激光表面合金化效果可以達(dá)到最佳。
[0013]優(yōu)選的，步驟(2)中的預(yù)處理為對鈦合金表面進(jìn)行清洗、吹干處理。鈦合金表面的預(yù)處理可以幫助鈦合金表面更有效率地進(jìn)行。
[0014]優(yōu)選的，步驟(3)中的激光掃描速度為1400mm/min。上述的激光掃描速度為最佳，對于鈦合金的激光表面合金化效果可以達(dá)到最佳。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:
[0016]第一.本發(fā)明的技術(shù)方案技術(shù)成本低，技術(shù)方案的時間周期短，可以很快地投入工業(yè)生產(chǎn)，對于鈦合金的更加廣泛的工業(yè)生產(chǎn)具有很大的幫助。
[0017]第二.本發(fā)明的技術(shù)方案所制備的鈦合金具有表面合金化涂層，使得其耐磨性、耐腐蝕性等表面綜合性能有了很大的提升，平均硬度也有很大提高。由于在涂層的組織組成相為金屬間化合物，金屬間化合物獨(dú)特的金屬鍵與共價鍵共存的性質(zhì)，使得該新型金屬間化合物激光表面合金化涂層具有較低的磨損量，摩擦系數(shù)有顯著降低，耐磨性有顯著提高。
[0018]第三.本發(fā)明的技術(shù)工藝簡單，適于批量工業(yè)化生產(chǎn)，技術(shù)簡單易行，具有較大的市場應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0020]本發(fā)明的實(shí)施例是在BT9鈦合金基體表面通過激光表面合金化獲得合金化涂層的過程，然后對其所獲得的涂層進(jìn)行性能測試。
[0021]實(shí)施例1
[0022]將合金粉末由以下重量百分含量的組分組成:C30%、Ti20%、Si5%、C20%、N20%、A15%，碾磨所述的合金粉末至分散均勻且平均粒徑為2.5um，用聚乙酸乙烯酯溶液調(diào)制成膏狀物。將所述膏狀物均勻涂覆于進(jìn)行清洗、吹干處理的BT9鈦合金基體表面，涂覆厚度為0.5mm,晾干。對涂有合金粉末的鈦合金基體表面進(jìn)行激光掃描,激光功率為500W,光斑直徑為4mm,掃描速度為1400mm/min,得到鈦合金激光表面合金化涂層。
[0023]實(shí)施例2
[0024]按所述的相同步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)施例1，但是在實(shí)施例2中合金粉末由以下重量百分含量的組分組成:C35%、Ti 15%、Si5%、C20%、N20%、A15%。
[0025]實(shí)施例3
[0026]按所述的相同步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)施例1，但是在實(shí)施例3中合金粉末由以下重量百分含量的組分組成:C40%、Ti 10%、Si5%、C20%、N20%、A15%。
[0027]實(shí)施例4-5
[0028]按所述的相同步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)施例1，但是在實(shí)施例4，5中涂覆于鈦合金基體表面的合金粉末的厚度分別為0.4mm, 0.6mm。
[0029]實(shí)施例6-7
[0030]按所述的相同步驟重復(fù)進(jìn)行實(shí)施例1，但是在實(shí)施例6，7中激光掃描速度分別為1200mm/min,1500mm/mino
[0031]最后將實(shí)施例1-7所獲得的鈦合金激光表面合金化涂層進(jìn)行性能檢測。檢驗(yàn)結(jié)果如下:
[0032]1、顯微硬度。鈦合金激光表面合金化涂層硬度是采用MH-6型顯微硬度儀測量的。測試結(jié)果表明:BT9鈦合金基體硬度為Hv400，而通過實(shí)施例1所獲得的鈦合金激光表面合金化涂層顯微硬度為HvlOOO，而通過實(shí)施例2-7所獲得的鈦合金激光表面合金化涂層顯微硬度分別在Hv600至Hv800之間。
[0033]2、耐磨性。鈦合金激光表面合金化涂層耐磨性是采用HSR-2M型高速往復(fù)摩擦試驗(yàn)機(jī)測試的，測試結(jié)果表明:通過實(shí)施例1所獲得的鈦合金激光表面合金化涂層的磨損形貌中犁溝較淺，且磨損量為0.2mg,比BT9鈦合金基體少0.2mg。而經(jīng)測試，通過實(shí)施例2_7所獲得的鈦合金激光表面合金化涂層磨損量與BT9鈦合金基體相比，減少量在0-0.1mg之間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.鈦合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述方法的步驟如下: (1)將合金粉末由以下重量百分含量的組分組成:C30-40%、Ti10-20%, Si5%、C20%、N20%、A15%，碾磨所述的合金粉末至分散均勻且平均粒徑小于3um，用粘結(jié)劑調(diào)制成膏狀物； (2)將所述膏狀物均勻涂覆于預(yù)處理的鈦合金基體表面，涂覆厚度為0.4-0.6mm,晾干; (3)對涂有合金粉末的鈦合金基體表面進(jìn)行激光掃描，激光功率為500W，光斑直徑為4mm,掃描速度為1200-1500mm/min,得到鈦合金激光表面化合金涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中的粘結(jié)劑為聚乙酸乙烯酯溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步驟(I)中的合金粉末由以下重量百分含量的組分組成:C30%、Ti20%、Si5%、C20%、N20%、A15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中的涂覆厚度為0.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中的預(yù)處理為對鈦合金表面進(jìn)行清洗、吹干處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步驟(3)中的激光掃描速度為1400mm/min。
【專利摘要】一種鈦合金激光表面合金化的方法，將合金粉末碾磨，用粘結(jié)劑調(diào)制成膏狀物，將膏狀物均勻涂覆于預(yù)處理的鈦合金基體表面，然后對其進(jìn)行激光掃描，獲得激光表面合金化涂層。本技術(shù)方案可以提高鈦合金的表面性能，提升其耐磨性，耐腐蝕性等綜合力學(xué)性能，本技術(shù)方案制備工藝簡單，適于批量生產(chǎn)。
【IPC分類】B22F1-00, C23C24-10
【公開號】CN104694919
【申請?zhí)枴緾N201310659703
【發(fā)明人】劉官柱
【申請人】大連飛馬文儀家俱有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月4日