[发明专利]一种钛合金表面等离子弧熔覆耐磨耐蚀涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金表面等离子弧熔覆耐磨耐蚀涂层及其制备方法，通过采用镍基成分的粉末作为送粉材料，通过适宜的等离子弧工艺参数选择，配合所涉及的保护罩，气保护装置有效防止了熔覆过程中基体母材的氧化和氮化；方便在相对廉价的等离子弧设备上实现钛合金表面耐磨耐蚀强化，利用等离子弧功率大的优点获得更高的熔覆效率；熔敷后获得的熔敷层的硬度以镍基固溶体为主，里面分布有TiC、TiB₂及CrB等增强相，熔敷层的硬度可达1200Hv左右。

技术领域

本发明涉及金属表面涂层技术领域，特别涉及一种钛合金表面等离子弧熔覆耐磨耐蚀涂层及其制备方法。

背景技术

钛合金由于具有强度高，密度小，有良好的高温强度、低温韧性及优异的耐蚀性等特性，因而被作为结构材料在航空、航天、船舶、化工生物材料等领域等工业部门广泛使用。随着钛合金的应用越来越广泛，对其性能要求也是越来越高。然而，由于钛合金摩擦系数大、粘着磨损严重，微动磨损敏感，导致其耐磨损性能较差，高温摩擦时容易着火，即“钛火”，这在一定程度上限制了其在需要摩擦运动的部件上的应用。因此，改善钛合金表面性能，扩大其应用范围是近期科研的一个热点。

采用涂层技术制备耐磨涂层是一项经济高效的提高钛合金构件耐磨性能的方法。在钛合金表面改性技术中，离子渗氮、CVD等虽然能得到结构性能较好的涂层；但是其对基体的影响较大，离子注入得到的涂层厚度极其有限；热喷涂能得到性能较好的涂层，但是其涂层与基体之间结合不牢固，限制了其应用。激光熔覆制备的涂层与基体呈冶金结合，结合强度高，性能良好，是钛合金表面改性的一种很好的选择。文献李嘉宁,王娟,单飞虎,等.Cu对TA15-2钛合金表面Stellite 12基激光合金化涂层组织结构及耐磨性的影响[J].金属学报,2014,50(5):547-554采用激光熔覆的方法，通过同轴送粉的方式，采用Stellite12+B₄C+Cu的粉末组成，制备了含有超细纳米晶体及非晶体的硬质复合涂层，涂层的耐磨损性能得到了显著提高。文献林英华,雷永平,符寒光,等.激光原位制备硼化钛与镍钛合金增强钛基复合涂层[J].金属学报,2014(12):47-47采用纯Ni与TiB₂粉末作为熔覆材料，运用激光熔覆原位技术在TC4钛合金表面制备了以高硬度TiB₂和TiB为增强相，以高韧性NiTi和Ti为基体的复合涂层。目前大多数激光熔覆研究都是在提高其材料的耐磨性，但牺牲了钛合金本身优异的耐蚀性，这在钛合金上得不到较好的应用。

等离子弧熔覆是一种新的表面改性技术。相比于设备成本昂贵的激光设备，等离子弧熔覆设备具有设备简便、使用成本低、加工效率高的特点，配合机器人使用可以完成自动化，在工业领域具有良好应用前景。等离子弧粉末熔覆堆焊工作原理：是利用等离子弧作为热源，由送粉器向堆焊枪供粉，吹入电弧中，应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、随堆焊枪和工件的相对移动，等离子弧离开后液态合金逐渐凝固，形成一层高性能的合金堆焊层，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺，由于等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强，通过调节相关的堆焊参数，可对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。利用粉末作为堆焊材料可提高合金设计的选择性，特别是能够顺利堆焊难熔材料，提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的等离子弧使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其冶金结合的涂层，且满足特定性能如耐磨、耐蚀要求的涂层，达到材料表面改性或修复的目的，但等离子熔覆在钛合金基材方面还未有研究。因此提供一种用于钛合金表面等离子弧熔覆技术用以提高钛合金构件耐磨性能、耐蚀性能具有重要意义。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的一个目的是针对现有直接添加增强相存在耐磨性和耐蚀性差、结合强度低、流动性不好的弊端，提供一种钛合金表面等离子弧熔覆耐磨耐蚀涂层，避免直接添加增强相在熔敷过程中的烧损，采用廉价的元素合金粉末得到高耐磨性、耐蚀性、流动性强的钛合金涂覆涂层。