[发明专利]一种钛合金激光熔覆表面强化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钛合金表面激光熔覆的表面强化方法，尤其涉及一种在熔覆层添加Co42自熔性合金与B₄C、SiC、TiN等陶瓷硬质相，并通过添加稀土氧化物Y₂O₃、CeO₂进行改性的表面强化方法，属于材料表面强化技术领域。

背景技术

由于钛合金具有高比强度，高比模量和优异的耐蚀性等优点，已被广泛应用于航空航天等领域。但钛合金耐磨性较差，限制了其在工业领域中的应用。激光熔覆技术作为一种表面改性技术，是提高钛合金表面耐磨性和抗高温氧化性等性能的有效途径。

激光熔覆技术利用激光束使熔覆粉末和基体金属表面一薄层同时熔化，形成微小熔池并快速凝固，从而获得稀释度较低，与基体构成冶金结合的表面涂层。激光熔覆技术具有以下优点：激光束能量密度高，凝固时冷却速度快，激光熔覆层组织细小；可以在同一零件的不同部位进行不同的熔覆；熔覆层组织具有明显的梯度渐变特征，使熔覆层与基体之间呈现良好的冶金结合。激光熔覆技术可用于工业中各种失效零部件的修复，如工程机械中的齿轮、航空发动机叶片的修复等。

众所周知，陶瓷材料具有优异的耐磨、耐蚀和抗氧化性能及高的化学稳定性，能大幅度提高钛合金的表面硬度和耐磨性。目前钛合金表面激光熔覆技术中采用的陶瓷硬质相主要有B₄C、TiC、SiC、WC、TiN、TiB₂等。但是，由于陶瓷相脆性大，与钛合金基体热膨胀系数不匹配，结合强度低，在高的热应力以及相变组织应力作用下极易产生微裂纹甚至导致熔覆层脆性剥落。鉴于以上原因，目前钛合金表面激光熔覆材料一般采用金属/陶瓷复合材料体系。这一材料体系的优势是能显著降低熔覆层中的残余应力，减小熔覆层中出现微裂纹的倾向，易于获得性能优异的激光熔覆层。采用不同的熔覆粉末体系，在适当的工艺参数下进行激光熔覆，可以得到性能优异的激光熔覆层，显著改善钛合金表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化性等。

激光熔覆金属/陶瓷涂层的组织细密而均匀，并分布着大量的陶瓷硬质相，因而熔覆层的硬度较高；随着熔覆层深度的增加，至热影响区时，由于基体对激光熔覆层的稀释而引起硬度的降低；靠近激光熔覆层的热影响区中组织发生马氏体相变，因而显微硬度提高；随着距离表面层深的增加，显微硬度持续下降，直至降至基体后趋于稳定。

专利CN102912189A涉及一种钴基合金粉末的制备方法，粉末含有3.5～5.5%Si、1.5～3%B（均为质量分数，下同），Si、B含量均较高，在激光熔覆过程中形成硼硅酸盐，大量的硼硅酸盐无法顺利从快速凝固的熔池内浮出，容易形成夹杂，增加激光熔覆层开裂敏感性。并且，该专利采用的工艺制作激光熔覆用钴基合金粉末，工艺复杂，粉末一旦制备完成后，成分随即确定，难以再进行调整。

目前，激光熔覆采用的自熔性合金粉末主要是热喷涂用自熔性合金粉末，通过熔覆材料中各组分含量的调整及熔覆工艺的优化，可以获得性能优异的激光熔覆层。采用市售的合金粉末和陶瓷相粉末作为熔覆材料，进行激光熔覆材料的成分设计，经济性较好，便于在实际生产中推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛合金激光熔覆表面强化方法，能改善熔覆层的微观组织，进一步提高熔覆层的硬度及耐磨性能。

本发明的技术方案为：

一种钛合金激光熔覆表面强化方法，包括步骤如下：

（1）将钛合金表面清理，并拭净、吹干；

（2）将Co42钴基自熔性合金粉末、B₄C、SiC、TiN、Y₂O₃、CeO₂粉末按质量比Co42自熔性合金粉末50%～100%，B₄C0～50%，SiC0～50%，TiN0～39%，Y₂O₃0～1.5%，CeO₂0～1.5%混合，混合物粉末用水玻璃溶液均匀调成糊状；

（3）将糊状混合物粉末均匀地涂敷在钛合金表面，保持涂层厚度均匀，自然风干；

（4）对钛合金表面的涂层进行激光熔覆。