[发明专利]一种钛合金表面激光熔覆用陶瓷复合材料

说明书

本发明涉及一种钛合金表面激光熔覆用陶瓷复合材料，由20～65wt%Ti粉、25～75wt%TiBCN陶瓷粉末和2～10wt%B₄C粉末混合制成。本发明所述陶瓷复合材料通过激光熔覆技术能够在钛合金表面形成与钛合金基体冶金结合的复合陶瓷熔覆涂层，涂层硬度可达到钛合金基体的3.5～4.5倍，且涂层耐磨性得到明显提高，试样磨损率只有钛合金基体的1/3～1/4，较基体显著降低。本发明的陶瓷复合材料可在钛合金表面进行多次激光熔覆重复操作，实现熔覆涂层厚度的按需调节。

技术领域

本发明属于材料表面强化技术领域，涉及一种陶瓷复合材料，特别是一种用于激光熔覆强化钛合金表面的陶瓷复合材料。

技术背景

钛合金密度小，比强度高，具有良好的耐蚀性和疲劳抗力，广泛应用于航空航天、国防、汽车、医疗等领域。但钛合金的摩擦系数高、对粘着磨损和微动磨损非常敏感。硬度、耐磨性及高温抗氧化性差的缺点制约了其更广泛的应用。

激光熔覆技术是指以不同的添料方式在熔覆基体表面放置选择的涂层材料，经激光辐照使之与基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，以显著改善基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到基体表面改性或修复的目的。激光熔覆技术既能满足对材料表面特定性能的要求，又可以节约大量的贵重元素。

由于激光熔覆技术具有无污染、制备出的涂层与基体呈冶金结合等优点，已成为当代金属或合金表面改性的研究热点。与其他表面技术相比，激光熔覆技术涂层厚度可控，且熔覆层为快速凝固组织，对基体热影响不大，己经在许多高价值零件如航空发动机涡轮叶片等的修复、再制造以及零件表面性能的提高等方面得到很好的应用。

采用激光熔覆技术在钛合金表面熔覆陶瓷涂层，或金属-陶瓷颗粒增强的复合材料涂层，形成强韧性良好的激光熔覆层，是提高钛合金表面耐磨性能的有效途径。激光熔覆陶瓷涂层按其涂层组成，目前可分为陶瓷涂层、金属陶瓷复合涂层、原位自生陶瓷涂层等几种。

由于陶瓷与金属基体的性能参数差别很大，一般情况下，在金属表面熔覆陶瓷涂层时需要增加一层过渡组织，即预涂一层Ni、Cr、Co、Al、Y等的连结层，然后再在连接层上激光熔覆陶瓷层。

陈传忠等(45钢表面激光熔敷陶瓷涂层的研究[J]. 金属学报, 1999, 35(9):989-994.)以NiCrAl为过渡层，在45钢表面激光熔覆Al₂O₃陶瓷涂层，得到了均匀连续的陶瓷激光熔覆层。但是，由于Al₂O₃陶瓷涂层与NiCrAl连接层之间，以及NiCrAl连接层与45钢基体之间均为机械结合界面，陶瓷涂层较大的脆性使得涂层与基体的结合强度不足，再加上熔覆层表面成型质量较差等问题，导致陶瓷涂层容易开裂、脱落。

激光熔覆原位制备陶瓷涂层具有工艺简单、陶瓷颗粒分布均匀、陶瓷相与基体界面处无污染、相溶性和润湿性较好以及界面结合强度较高的优点，可望避免发生界面处的裂纹扩展现象，能够与金属基体形成冶金结合的激光熔覆层。

激光熔覆原位生成技术是近些年来新兴的表面强化技术。激光熔覆原位生成熔覆层不仅与基体之间实现了冶金结合，而且原位涂层厚度可以在几十微米到几毫米之间变化，大大提高了涂层厚度和涂层与基体的结合能力，同时熔覆层具有优异的抗磨和抗腐蚀性能。