[发明专利]一种钛合金表面金属间化合物基陶瓷复合涂层的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金表面耐磨复合涂层的制备工艺，具体的，涉及一种钛合金表面激光熔覆金属间化合物基陶瓷复合耐磨涂层及其制备工艺。

背景技术

钛合金以其密度小、比强度高、耐蚀性能好等优点，在航空航天和石油化工等工业领域被广泛应用。然而钛合金硬度低、耐磨性差等缺点限制了它的进一步应用。如何提高钛合金的硬度和耐磨性，扩大其应用范围，引起国内外材料研究人员的关注。对钛合金表面改性处理是提高钛合金表面硬度和耐磨性等性能最为经济有效的方法。激光熔覆技术，作为一种金属材料表面改性技术，可以有效提高钛合金表面性能，从而扩大其使用范围。

激光熔覆通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。陶瓷材料具有优异的耐磨、耐腐蚀和抗氧化性能以及高的化学稳定性，能大幅度提高钛合金的表面硬度和耐磨性，但由于陶瓷相脆性大，与钛合金基体的热膨胀系数不匹配，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。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，该复合体系能显著降低熔覆层中的残余应力，减少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。

因此，熔覆材料和熔覆体系的选择对于钛合金材料的表面改性是非常关键的，而目前关于钛合金表面激光熔覆Ti/Al/Si和硬质陶瓷相的报道较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛合金表面耐磨复合涂层及其制备工艺，该复合涂层能够显著提高钛合金的显微硬度，改善钛合金部件的耐磨性、扩大钛合金零部件的使用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛合金表面金属间化合物基陶瓷复合涂层的制备工艺，包括步骤如下：

(1)将熔覆材料粉末混合均匀，混合粉末用黏合剂调成糊状，然后均匀涂覆于钛合金表面，涂层厚度为0.5-1.0mm，风干；

(2)对钛合金表面的涂层进行激光熔覆，激光功率为800-1200W，激光的扫描速度为2.5-7.5mm/s，吹惰性气体保护，保护气压为0.2-0.4MPa。

其中，步骤(1)中，所述的熔覆材料混合粉末中各组分及其质量分数为：Ti 25-65％，Al 20-60％，Si 5-30％，Y₂O₃ 0-3％；或Ti 25-65％，Al 20-60％，Si 5-30％，B₄C 2-40％，Y₂O₃ 0-3％；或Ti 25-65％，Al 20-60％，Si 5-30％，TiC 5-40％，Y₂O₃ 0-3％。

步骤(1)中，所述的钛合金为Ti-6Al-4V钛合金。

步骤(2)中，所述黏合剂为水玻璃溶液。

优选的，步骤(2)中，所述混合粉末中各组分的质量分数为：Ti 30-60％，Al 25-55％、Si 8-25％，Y₂O₃ 0.2-2.8％；或Ti 30-60％，Al 25-55％，Si 8-25％，B₄C 4-35％，Y₂O₃ 0.2-2.8％；或Ti 30-60％，Al 25-55％，Si 8-25％，TiC 8-35％，Y₂O₃ 0.2-2.8％。

进一步优选的，步骤(2)中，所述混合粉末中各组分的质量分数为：Ti 35-55％，Al 30-50％，Si 10-20％，Y₂O₃ 0.5-2.5％；或Ti 35-55％，Al 30-50％，Si 10-20％，B₄C 8-30％，Y₂O₃ 0.5-2.5％；或Ti 35-55％，Al 30-50％，Si 10-20％，TiC 15-30％，Y₂O₃ 0.5-2.5％。

步骤(2)中，所述水玻璃溶液的体积配比为水玻璃：水＝1:3；水玻璃溶液的添加量为每1g熔覆材料混合粉末中滴入3-10滴(1mL为20滴)。

本发明的有益效果：