[发明专利]激光微熔原位反应制备氮化钛涂层的方法

说明书

本发明公开了一种激光微熔原位反应制备氮化钛涂层的方法，具体包括以下步骤：基材的准备、激光微熔、原位反应；激光微熔原位反应制备的氮化钛涂层，涂层与基材结合力、界面剪切强度和涂层显微硬度高，涂层分布均匀连续，表面粗糙度低，制备工艺简单、易操作，能够在工件的特殊部位高效快速制备氮化钛涂层，以满足市场需求。

技术领域

本发明属于表面改性技术领域，特别是涉及一种激光微熔原位反应制备氮化钛涂层的方法。

背景技术

钛合金具有高强度、耐高温、耐腐蚀性等优点，被广泛应用于国防、化工、航空航天等领域，但钛合金表面硬度不高、耐磨损性差，在很多情况下不能满足实际生产应用的要求，从而限制了它的应用；氮化钛具有高硬度、优异的化学稳定性、良好的耐磨损性，在钛合金表面制备氮化钛改性层是提高其表面硬度，改善耐磨性，延长使用寿命，扩大使用范围的有效措施；目前，氮化钛涂层的制备方法主要有电弧离子镀、直流磁控反应溅射离子镀和离子束辅助气相沉积，其制备的涂层与基材的结合方式为机械结合，涂层与基材结合力差，涂层易脱落。

常规PVD氮化钛涂层制备方法的另一缺陷是沉积速率低，极大的制约了氮化钛涂层实际的生产，对于工件的特殊部位，PVD氮化钛涂层制备方法难以满足工业生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光微熔原位反应制备氮化钛涂层的方法，以实现提高涂层与基材结合力、氮化钛涂层显微硬度的目的，且制备工艺简单、易操作，能够在工件的特殊部位高效快速制备氮化钛涂层。

本发明所采用的技术方案是，激光微熔原位反应制备氮化钛涂层的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：基材的准备

对基材进行砂磨、抛光、超声波清洗，去除基材表面的油污、杂质，然后进行干燥；

步骤2：激光微熔、原位反应

将基材装夹在数控工作平台上，并使基材表面处于氮气氛围中；对基材表面进行激光微熔，使氮气与基材原位反应生成氮化钛涂层，在激光微熔的同时，对基材表面进行冷却处理；

进一步的，步骤1中基材指的是钛或钛合金；

进一步的，将基材的所有原子作为一个整体，制备的氮化钛涂层中氮原子与基材原子的原子数之比是1:1；

进一步的，步骤1中，超声波清洗是在丙酮和无水乙醇的混合溶液中，对基材表面进行超声清洗10～20分钟；

进一步的，步骤2中，纯度为99.99％的氮气通入量为5～10slm，熔池处的气体压强为0.01MPa～0.04MPa；

进一步的，步骤2中，冷却时基材表面温度不超过150℃，冷却液的流量为0.3～0.8ml/min；

进一步的，步骤2中，激光功率密度为2400～7200w/mm²，扫描速度为6～60mm/s，激光束间搭接率为30％～50％；

进一步的，步骤2中，氮化钛涂层厚度为10～120μm，表面粗糙度为2～20μm。

本发明的有益效果是：⑴本发明制备的氮化钛涂层与基材结合力高、界面剪切强度高，不易脱落；⑵本发明的氮化钛涂层制备工艺简单、易操作，能在工件的特殊部位高效快速制备氮化钛涂层，以满足实际生产需求；⑶本发明制备的氮化钛涂层分布连续均匀，表面粗糙度小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是激光微熔原位反应制备氮化钛涂层的流程图；