[发明专利]一种钛合金表面激光熔覆制备镍基涂层的过渡层方法

说明书

本发明公开了一种钛合金表面激光熔覆制备过渡层的方法，即预先在钛合金表面制备过渡层，解决在钛合金表面直接激光熔覆制备镍基涂层出现的裂纹问题，具体为：在钛合金基材表面激光熔覆制备金属Nb层为过渡层的第一层，再激光熔覆金属Co层为过渡层的第二层，最后激光熔覆制备耐磨耐腐蚀的镍基合金工作层。本发明制备的钛合金表面镍基耐磨耐腐蚀涂层组织致密，无裂纹和夹杂等缺陷，熔覆层与钛合金基体界面处均形成良好的冶金结合。本发明所述的双金属过渡层能够有效解决钛合金基体与镍基耐磨耐腐蚀涂层的界面熔合区脆性相析出导致的涂层开裂问题。

技术领域

本发明涉及激光熔覆层技术领域，尤其涉及一种钛合金表面激光熔覆制备镍基涂层的过渡层方法。

背景技术

钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性优异等优点，广泛应用在航空航天、化学工业、医药工程等领域。但钛合金也存在一定的缺点，如高温热稳定性较差，通常在500℃～800℃时，合金表面会出现脆化和氧化皮剥落严重，力学性能下降显著，这限制了钛合金在高温下的使用。此外，钛合金的摩擦系数大、易粘着和不易润滑等特点，存在严重的粘着磨损和微动磨损倾向，限制了钛合金作为摩擦副运动部件的使用。

激光熔覆技术利用高能量、高密度的激光束，使金属粉末与基材表层同时熔化，达到涂层与基材形成冶金结合的效果，同时在基体表面得到一种组织与性能完全不同于基材的表面强化熔覆层，已被广泛应用于零件表面的改性。镍基合金具有良好的性能，如硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性和抗氧化性优异等，因此在钛合金表面激光熔覆制备镍基耐磨耐腐蚀涂层是解决上述问题的有效方法。

然而，通过激光熔覆方法存在一定的技术难题，如钛合金与镍基合金易产生金属间化合物脆性相，镍基耐磨耐腐蚀涂层与钛合金基体的过渡区极易产生裂纹，造成涂层开裂，从而严重影响涂层的耐磨耐腐蚀性。目前针对钛合金表面激光熔覆制备镍基耐磨耐腐蚀涂层，已提出各种裂纹控制方法，主要包括优化激光熔覆工艺参数、调整耐磨层合金成分、熔覆过程中对钛合金基体的预热和缓冷，以及引入超声波振动和磁场搅拌等手段来细化晶粒和减小应力等措施；但各方法均不能有效解决钛合金基体与镍基耐磨耐腐蚀涂层的界面熔合区脆性相析出问题，难以完全抑制钛合金表面激光熔覆镍基耐磨耐腐蚀涂层的开裂问题。

目前已有钛合金表面通过表面纳米化制备与基体成分相同的过渡层，然后爆炸喷涂制备复合硬化层的专利，如专利《一种高承载钛合金表面的复合硬化层及制备方法》(专利公开号：CN107964644)，但爆炸喷涂存在涂层和过渡层的结合不是完全冶金结合，涂层和过渡层的界面结合强度较低。专利《一种钛合金表面激光熔覆涂层复合材料》(专利公开号：CN1600891)发明了一种在钛合金表面制备涂层的方法，其采用铺粉的方式，利用激光束照射混合的镍基自熔性粉末和陶瓷粉末表面，但该方法对于涂层厚度和均匀性限制较高，且适用于单道熔覆，对于大面积熔覆仍然存在界面脆性相导致的开裂问题。专利《一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法》(专利公开号：CN105063613)发明了一种在钛合金表面激光制备耐磨镍基涂层的方法，采用激光熔覆点在钛合金表面呈点阵分布的方式，能显著降低热影响区，但该方法只是从工艺上降低了激光熔化过程中的拉应力，减弱涂层开裂倾向，但基体和涂层界面熔合区仍存在脆性相，且该方法操作略显复杂和粉末利用率较低。

如何有效解决基体和涂层界面熔合区脆性相导致的涂层开裂问题，从而更好在钛合金表面激光熔覆制备镍基耐磨耐腐蚀涂层，成为钛合金实际应用中亟待解决的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种钛合金表面激光熔覆制备过渡层的方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是解决钛合金基体与镍基耐磨耐腐蚀涂层的界面结合难题。

为实现上述目的，本发明提供了一种钛合金表面激光熔覆制备过渡层的方法。