一種含微量b的多主元合金及其用于對鈦合金表面處理的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料表面處理和強化技術領域，具體涉及一種含微量B的多主元合金及其用于對鈦合金表面處理的方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]鈦及鈦合金具有比重低、比強度高、屈強比高、抗腐蝕性能強和在高溫條件下力學性能良好等優(yōu)點，在許多領域中有逐漸增多的應用。但由于鈦合金存在摩擦系數(shù)高并且波動較大、耐磨性不好、達到一定溫度后抗氧化性能低、容易被點燃并且火焰有自發(fā)蔓延的傾向等問題，這些問題使其更廣泛的應用受到了限制。由于鈦合金的這些問題大多數(shù)不是由材料整體性能所導致的，而主要與表面性能相關，所以用表面改性技術來解決這些問題是一個比較理想的選擇。
[0004]表面改性技術在提高表面性能的同時，保持了鈦合金整體力學性能以及比重低、比強度高等優(yōu)點。微弧氧化、等離子噴涂、超音速噴涂、離子注入、電子束沉積、激光氮化、雙層輝光離子滲等技術都可被應用于鈦合金表面改性；然而雖然這些技術在改善鈦合金的摩擦磨損、高溫氧化、阻燃等性能方面取得了一定效果，但是這些表面技術也都有各自的局限性，普遍存在著或涂覆層薄，或抗沖擊性能差，或與基體結(jié)合弱，或顯著降低基體疲勞性能等缺點，不能滿足當前的需求，因此需要發(fā)展具有更高性能的涂層材料及制備技術。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是:如何提供一種含微量B的多主元合金及其用于對鈦合金表面處理的方法，使該表面涂層與鈦合金基體冶金結(jié)合，能同時提高鈦合金的耐磨性和抗高溫氧化性，并能防止鈦火。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種多主元合金，以摩爾份數(shù)計，包括如下組分:23~30 份 A1, 23-30 份 Si, 23-30 份 Cu，1-5 份 Ti, 21-30 份 Zr 和 1-4 份 B。
[0007]上述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，包括如下步驟:
1)將鈦合金基材用丙酮或無水乙醇進行清洗，并進行噴砂粗化處理；
2)按照上述配方配制多主元合金粉末，用等離子噴涂設備將配好的多主元合金粉末噴涂在步驟1)處理后的鈦合金基材表面；其中，所述多主元合金粉末的粒度為_100~+500目；噴涂過程中進行氬氣保護，噴涂厚度為0.3-0.6 mm ；
3)使用最大功率多1000W的C02激光器對步驟2)處理后的等離子噴涂表面進行重熔處理，重熔過程中采用氬氣進行冷卻和保護，在鈦合金表面制得所述多主元合金涂層；其中，控制流量為1.5-2.5 L/min，調(diào)節(jié)激光功率范圍為600-900 W，掃描速率為3_5 mm/s，光斑直徑為 3-4.5 mm。
[0008]相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明制備的多主元合金涂層利用了多主元合金的高熵效應、緩慢擴散效應、納米相強化、超高晶格畸變和“雞尾酒效應”等特點，通過各元素的協(xié)同配伍作用，顯著提高了鈦合金的耐磨性和抗高溫氧化性，并能防止鈦火；通過實驗驗證，顯示覆有該涂層的鈦合金相對耐磨性是鈦合金基體的5.7-6.1倍，氧化增重是鈦合金基體的0.38-0.41倍，在阻燃試驗中也并沒有燃燒現(xiàn)象發(fā)生，取得了意想不到的技術效果。
[0009]2、本發(fā)明在鈦合金表面采用噴涂-激光重熔方法制備多主元合金涂層，結(jié)合重熔處理，利用熱源將合金中最易熔化的成分熔化，產(chǎn)生的液相有助于擴散過程的強化和成分的滲透，熔化的結(jié)果使熱噴涂涂層與基體的結(jié)合區(qū)由原來堆疊的層狀組織變?yōu)橹旅芎洼^均勻的組織，孔隙減少甚至消失，改善了涂層與基體間的結(jié)合強度和涂層內(nèi)在質(zhì)量，促進不同元素的均勻熔合，發(fā)揮出設計成分的協(xié)同配伍效果。
[0010]
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本實施案例在以本發(fā)明技術為前提下進行實施，現(xiàn)給出詳細的實施方式和具體的操作過程，來說明本發(fā)明具有創(chuàng)造性，但本發(fā)明的保護范圍不限于以下的實施例。下述實施例中使用的化學藥品如無特殊說明，即為普通市售產(chǎn)品。
[0012]實施例1
一、一種多主元合金，以摩爾份數(shù)計，包括如下成分:23份A1，28份Si，20份Cu，1份Ti，25 份 Zr，3 份 B。
[0013]二、上述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，包括如下步驟:
1)對TC4鈦合金基材用丙酮進行清洗；清洗完成后，進行噴砂粗化處理。
[0014]2)用等離子噴涂設備將配比好的多主元合金粉末噴涂在步驟1)處理后的鈦合金基材表面；其中，所述多主元合金粉末的粒度為_200~+350目；噴涂過程中進行氬氣保護，厚度0.3 mm。
[0015]3)采用最大功率為5 kW的TJ-HL-T5000型C02激光器對步驟2)處理后的等離子噴涂表面進行重熔處理，重熔過程中采用氬氣進行冷卻和保護，經(jīng)激光重熔加工后可以得到致密、結(jié)合強度較高的多主元合金涂層；其中，控制流量為2.0 L/min，調(diào)節(jié)激光功率為680 W，掃描速率為5 mm/s，光斑直徑為4.5 mm，搭接率為30%。
[0016]將本實施例制得的具有多主元合金涂層的鈦合金和TC4鈦合金基體，在空氣中與GCrl5對摩1小時，結(jié)果顯示帶有涂層的鈦合金相對耐磨性是TC4鈦合金基體的5.7倍。在800°C空氣中對帶有涂層和不帶有涂層的鈦合金進行氧化50小時，結(jié)果顯示帶有涂層的鈦合金氧化增重是鈦合金基體的0.41倍。阻燃試驗采用液滴法進行，將熔化并燃燒的TC4鈦合金液滴滴到TC4鈦合金試樣表面，試樣很快與液滴一起燃燒，而將熔化并燃燒的鈦合金液滴滴到涂層試樣表面時，直到液滴燒燼，所有參與試驗的帶有涂層的鈦合金試樣均沒有燃燒；實驗表明該涂層提高了鈦合金的耐磨阻燃抗高溫氧化性能。
[0017]實施例2
一、一種多主元合金，以摩爾份數(shù)計，包括如下成分:27份A1，23份Si，25份Cu，2份Ti，21 份 Zr，2 份 B。
[0018]二、上述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，包括如下步驟:
1)對TA15鈦合金基材用無水乙醇進行清洗；清洗完成后，進行噴砂粗化處理。
[0019]2)用等離子噴涂設備將配比好的多主元合金粉末噴涂在步驟1)處理后的鈦合金基材表面；其中，所述多主元合金粉末的粒度為_200~+350目；噴涂過程中進行氬氣保護，厚度0.5 mm。
[0020]3)采用最大功率為5 kW的TJ-HL-T5000型C02激光器對步驟2)處理后的等離子噴涂表面進行重熔處理，重熔過程中采用氬氣進行冷卻和保護，經(jīng)激光重熔加工后可以得到致密、結(jié)合強度較高的多主元合金涂層；其中，控制流量為2.0 L/min，調(diào)節(jié)激光功率為860 W，掃描速率為3 mm/s，光斑直徑為3.5 mm，搭接率為30%。
[0021]將本實施例制得的具有多主元合金涂層的鈦合金和TA15鈦合金基體，在空氣中與GCrl5對摩1小時，結(jié)果顯示帶有涂層的鈦合金相對耐磨性是TA15鈦合金基體的6.1倍。在800°C空氣中對帶有涂層和不帶有涂層的鈦合金進行氧化50小時，結(jié)果顯示帶有涂層的鈦合金氧化增重是鈦合金基體的0.38倍。阻燃試驗采用液滴法進行，將熔化并燃燒的TA15鈦合金液滴滴到TA15鈦合金試樣表面，試樣很快與液滴一起燃燒，而將熔化并燃燒的鈦合金液滴滴到涂層試樣表面時，直到液滴燒燼，所有參與試驗的帶有涂層的鈦合金試樣均沒有燃燒；實驗表明該涂層提高了鈦合金的耐磨阻燃抗高溫氧化性能。
[0022]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種多主元合金，其特征在于，以摩爾份數(shù)計，包括如下組分:23~30份Al，23~30份Si, 23-30 份 Cu，1-5 份 Ti，21?30 份 Zr 和 1-4 份 B。2.根據(jù)權利要求1所述多主元合金，其特征在于，以摩爾份數(shù)計，包括如下組分:27份Al、23 份 S1、25 份 Cu、2 份 T1、21 份 Zr 和 2 份 B。3.權利要求1或2所述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將鈦合金基材用丙酮或無水乙醇進行清洗，并進行噴砂粗化處理； 2)按照權利要求1或2任一所述配方配制多主元合金粉末，用等離子噴涂設備將配好的多主元合金粉末噴涂在步驟I)處理后的鈦合金基材表面；其中，所述多主元合金粉末的粒度為_100~+500目；噴涂過程中進行氬氣保護，噴涂厚度為0.3-0.6 mm ； 3)使用最大功率多100ff的CO2激光器對步驟2)處理后的等離子噴涂表面進行重熔處理，重熔過程中采用氬氣進行冷卻和保護，在鈦合金表面制得所述多主元合金涂層；其中，控制流量為1.5-2.5 L/min，調(diào)節(jié)激光功率范圍為600-900 W，掃描速率為3_5 mm/s，光斑直徑為 3-4.5 mm。4.根據(jù)權利要求3所述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，其特征在于，步驟2)中所述多主元合金粉末的粒度為_200~+350目。5.根據(jù)權利要求3所述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，其特征在于，步驟2)中所述噴涂厚度為0.5 mm。6.根據(jù)權利要求3所述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，其特征在于，步驟3)中調(diào)節(jié)激光功率為860W07.根據(jù)權利要求3所述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，其特征在于，步驟3)中掃描速率為3 mm/s。8.根據(jù)權利要求3所述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，其特征在于，步驟3)中光斑直徑為3.5 mm。9.根據(jù)權利要求3所述多主元合金用于對鈦合金表面處理的方法，其特征在于，步驟3)中控制搭接率為30%。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種含微量B的多主元合金及其用于對鈦合金表面處理的方法；所述合金以摩爾份數(shù)計，包括如下組分：23~30份Al、23~30份Si、23~30份Cu、1-5份Ti、21~30份Zr和1-4份B；所述方法先將鈦合金基材進行清洗并噴砂粗化處理，然后用等離子噴涂設備將上述多主元合金粉末噴涂在鈦合金基材表面，最后用CO2激光器對等離子噴涂表面進行重熔處理，制得涂層。本發(fā)明制備的多主元合金涂層利用了多主元合金的高熵效應、緩慢擴散效應、納米相強化、超高晶格畸變和“雞尾酒效應”等特點，顯著提高鈦合金的耐磨性和抗高溫氧化性，并能防止鈦火。
【IPC分類】C23C4/067, C22C30/02, C23C4/134, C23C4/18
【公開號】CN105331870
【申請?zhí)枴緾N201510858286
【發(fā)明人】黃燦, 柴林江, 彭成, 涂堅, 周志明
【申請人】重慶理工大學
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月30日