[发明专利]一种用于增强碳化钨涂层与钛合金基体结合强度的方法

说明书

技术领域

本发明属于表面防护技术领域，特别是涉及一种用于增强碳化钨涂层与钛合金基体结合强度的方法，

背景技术

Ti-6Al-4V合金为典型的（α+β）型两相钛合金，由于其具有优良的耐蚀性、低密度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，因此已被广泛用于民用和军用宇航工业，例如航空器的各种梁、隔框、滑轨和起落架梁,航空发动机的风扇、压气机叶盘和叶片，航天火箭的壳体和压力容器，以及各种类型的紧固件等。但是，由于Ti-6Al-4V合金具有表面耐磨性差的缺点，因此使用寿命受到很大的影响。为此，必须采取适当的措施对其表面进行保护，以提高结构件的使用性能和寿命。利用超音速火焰喷涂技术制备的碳化钨（WC）涂层具有很高的耐磨性能，将是钛合金表面保护的理想手段。超音速火焰喷涂技术是上世纪80年代发展起来的一种高速火焰喷涂技术，其突出的特点是粒子飞行速度高（可达700m/s），加热温度低（约为3000℃），特别适合喷涂加热后易分解的碳化钨金属陶瓷涂层。这种涂层的结合强度高（≥80Mpa）、密度大（孔隙﹤1%）、硬度高（≥HV1000），因此具有良好的耐磨性能。

然而经科研人员研究发现，虽然这种利用超音速火焰喷涂技术制备的WC涂层能够大大提高钛合金表面的耐磨性能，但与钛合金的结合强度并不高，而且随着使用强度和寿命的增加，容易产生分层失效，从而令保护效果大打折扣。通过进一步研究发现，喷涂过程中火焰所产生的高温造成了钛合金表面氧化，氧化层与涂层结合强度低是造成失效的最重要原因，因此降低喷涂过程中钛合金的氧化程度是提高结合性能的切入点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于增强碳化钨涂层与钛合金基体结合强度的方法。

为了达到上述目的，本发明提供的用于增强碳化钨涂层与钛合金基体结合强度的方法包括按顺序进行的下列步骤：

1）将Ti-6Al-4V合金的表面用细砂纸进行打磨处理，以去除表面氧化层；

2）在pH值为5.6～5.9、温度为43～60℃和阴极电流密度Dk为2.0～10A·dm^-2的条件下对上述打磨后的Ti-6Al-4V合金用镀液进行表面镀镍处理，直至形成0.2±0.01mm的镍层；

3）将上述镀镍后的Ti-6Al-4V合金在氩气保护下于720℃的温度下进行热处理4h，以促进镍的扩散和镍-钛过渡层的形成；

4）对上述热处理后的Ti-6Al-4V合金表面的镍层用细砂纸进行预磨处理，以去除表面氧化层；

5）利用超音速火焰喷涂技术在上述预磨后的Ti-6Al-4V合金表面进行喷涂，涂层粉末材料为WC-17Co，直至形成厚度为200-300μm的碳化钨涂层。

所述的步骤2）中的镀液每升中含有179-181g NiSO₄.6H₂O、24-26gNH₄Cl和29-31g H₃BO₃。

所述的步骤5）中超音速火焰喷涂的工艺条件为：以航空煤油为燃料，以氧气为助燃剂，以氩气为送粉气，喷涂过程中航空煤油流量为23L/h，氧气流量为55000slph，送粉气流量为12L/min，喷涂距离为380mm，喷涂速度为300mm/s。

本发明提供的用于增强碳化钨涂层与钛合金基体结合强度的方法是首先对Ti-6Al-4V合金的表面进行表面电镀镍处理，再通过热处理的方式使镍层能够更好地渗入到合金表面，形成镍-钛过渡层，这样不仅能够提高结合强度，而且还起到隔绝氧化的效果，减少Ti-6Al-4V合金出现氧化，从而提高了涂层与Ti-6Al-4V合金之间的结合强度。

附图说明

图1为Ti-6Al-4V合金表面镀镍后的SEM图像。

图2（a）为镀镍前Ti-6Al-4V合金表面EDS图谱；图2（b）为镀镍和热处理后镍-钛过渡层的EDS图谱。

图3（a）为未进行镀镍处理，只经过超音速火焰喷涂的Ti-6Al-4V合金经四点弯曲后的EDS图像；图3（b）为经过镀镍处理，且经过超音速火焰喷涂的Ti-6Al-4V合金经四点弯曲后的EDS图像。

图4（a）和图4（b）分别为未进行镀镍处理，只经过超音速火焰喷涂的Ti-6Al-4V合金以及经过镀镍处理，且经过超音速火焰喷涂的Ti-6Al-4V合金断裂能量释放率计算结果示意图。

具体实施方式