[发明专利]一种钛合金表面TiC增强钴基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷复合涂层，尤其涉及一种钛合金表面激光熔覆两类钴基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺，属于金属材料表面改性领域。 

背景技术

钛合金是20世纪40年代末发展起来的一类新型结构材料，其主要特点是密度小、比强度高、中低温性能好、耐腐蚀。因而，其在航空、化工、医疗等领域得到广泛应用。但是，钛合金的硬度低，耐磨性及抗高温氧化能力差，这些不利因素大大地限制了其应用范围。 

激光表面改性技术作为一种无接触、无污染、高效、灵活的先进表面改性技术，已广泛地应用于提高铁基合金及有色合金的耐磨性、耐蚀性等表面性能。采用激光表面改性技术对钛合金材料进行表面改性的研究，已引起了国内外学者的重视，被认为是最有前途的表面改性技术之一。作为一种金属材料激光表面改性技术，激光熔覆是指以不同的添料方式在被涂覆基体表面添加涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，快速凝固后形成与基体材料成冶金结合的表面涂层的技术。激光熔覆可以有效提高钛合金的表面性能，从而扩大其使用范围。 

目前，关于钛合金表面激光熔覆钴基合金的报道较少。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金表面TiC增强钴基金属陶瓷复合涂层及其制备工艺，该种金属陶瓷复合涂层能够显著提高钛合金的表面硬度，改善钛合金部件的耐磨性，扩大钛合金零部件的使用范围。 

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是： 

一种钛合金表面TiC增强钴基金属陶瓷复合涂层的制备工艺，包括步骤如下： 

（1）将钛合金试样表面清理干净，采用电火花线切割后清洗、晾干待用； 

（2）称取熔覆材料粉末：将钴基合金、陶瓷硬质相TiC混合均匀后用粘结剂调成糊状，然后均匀涂覆于钛合金基体表面，风干； 

（3）对晾干后的试样进行激光熔覆，激光功率选择为800～1200W，激光的扫描速度为2.5～7.5mm/s，吹氩气保护，保护气压为0.2～0.4MPa，激光的光斑直径固定为4mm。 

上述工艺中步骤（2）所述的钴基合金为Stellite6或Co42钴基合金粉末。 

步骤（2）所述的熔覆材料粉末质量配比为Stellite615～60%、TiC40～85%；或Co4215～80%、TiC20～85%。 

步骤（2）所述的熔覆材料粉末质量配比优选为Stellite620～60%、TiC40～80%；或Co4220～70%、TiC30～80%。 

步骤（2）所述的熔覆材料粉末质量配比进一步优选为Stellite630～60%、TiC40～70%；或Co4230～70%、TiC30～70%。 

上述步骤（2）所述的粘结剂为水玻璃溶液，水玻璃与水的体积比为1:3；粘结剂的添加量为每1g熔覆材料粉末中滴入3～10滴。 

步骤（2）所述的涂覆层厚度控制在0.6～0.8mm。 

利用上述工艺制备出钛合金表面TiC增强钴基金属陶瓷复合涂层。 

表1Stellite6和Co42钴基合金粉末的成分(wt.%) 

非自熔性基底材料Stellite6以钴作为主要成分，在较大温度范围内的良好的耐磨和耐腐蚀性能，在800℃以下温度范围内具有优良的耐蚀、耐高温、抗冲击等性能。 

用于激光熔覆的钴基自熔合金粉末（如Co42）是在Stellite合金的基础上研制而成的，合金元素主要是Cr、W、Fe、Ni和C，此外通过添加B和Si来增加合金粉末的润湿性以形成自熔合金。在激光熔覆过程中，B、Si元素被氧化成氧化物，在熔覆层表面形成氧化膜。这种薄膜既能防止熔池中的金属元素过度氧化，又能与这些元素的氧化物形成硼硅酸盐熔渣，从而减少熔覆层中夹杂物和含氧量，获得氧化物夹杂量少、气孔率低的激光熔覆层。 

钴基合金具有良好的稳定性，在熔覆时很少发生蒸发、升华和变质；另外，钴基合金粉末在熔化时具有较好的润湿性，有利于获得致密性好、与基体结合紧密且光滑平整的熔覆层。Co与Cr可生成稳定的固溶体，由于含碳量较低，基底上弥散分布着亚稳态的Cr₂₃C₆、M₇C₃和WC等各种碳化物以及CrB等硼化物，使熔覆层具有较好的耐磨性、耐蚀性和抗氧化性。 

TiC常用作碳化物硬质合金添加剂，呈灰黑色结晶，硬度高、耐腐蚀且热稳定性好。