[发明专利]一种用于磁流体密封的钛合金表面高导磁耐磨涂层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于表面防护与导磁涂层技术领域，公开了一种用于磁流体密封的钛合金表面高导磁耐磨涂层材料及其制备方法和应用。所述涂层材料依次包括耐磨层、主体层和过渡层，所述过渡层位于基体和主体层中间；所述过渡层的组成为：铁钴钒合金85～97％、Si 1～5％、B 1～5％；所述主体层的组成为：铁钴钒合金85～95％、Si 2～5％、B 2～5％、WC 1～5％；所述耐磨层的组成为：铁钴钒合金70～80％、Si 1～5％、B 1～5％、WC 10～20％。该涂层材料具有硬度高、耐磨性好、导磁率高的多功能集成。采用激光熔覆方法制备，可将该涂层材料作为磁流体密封系统的钛合金部件应用在航空航天领域中。

技术领域

本发明属表面防护与导磁涂层技术领域，更具体地，涉及一种用于磁流体密封的钛合金表面高导磁耐磨涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术

磁流体密封是一种先进的动密封技术，是指在一定的载液作用下，将含有纳米磁性粒子的流体放置在外界磁场的结构中，在磁回路的作用下，磁流体集中在密封间隙内，从而达到密封的作用。具有零泄漏、能承受高转速、扭矩传递效率高等优点；作为航空航天、航海的复杂环境的密封部件被越来越重视，有着广阔的应用前景。转轴作为磁流体密封系统中密封和动力传递的核心部件，长时间在线速度达30m/s以上的固液两相磁流体下工作。因此，转轴既需要拥有优异的力学性能，如耐磨、硬度大，又要具有高导磁、磁阻小、能量损耗低等磁性能，同时还需满足航空航天领域轻质化的要求。

钛合金具有质量轻、优异的力学性能特点，在航空航天、化学、石油化工和生物医疗等领域有广泛的应用，是磁流体密封系统转轴的理想材料。但是，钛合金材料导磁性能差，无法形成磁力线回路以满足特定工作场合，此外，在长期服役过程中钛合金表面硬度偏低，将不可避免产生磨损。因此，基于对磁流体密封系统长期安全、稳定可靠运行的需求考虑，改善钛合金表面性能具有十分深远的意义。

激光熔覆技术是一种新的表面改性方法，在基体表面添加熔覆材料并利用高功率密度的激光束使之与基体工作表面薄层一起熔凝的方法，在基体工作表面形成与其为冶金结合且无气孔、裂纹等缺陷的高性能表面涂层。与传统的堆焊、喷涂相比，激光熔覆技术具有稀释率低、气孔和裂纹缺陷少、组织致密、能量集中、结合强度高等优点，且激光熔覆工件前处理工艺简单，熔覆不需要再在真空环境中进行，工件尺寸基本不受限制，是一种比较理想的表面改性技术。

在磁流体密封系统中，涂层需承受长时、高速固液两相流的磨损，以及恒磁场作用等，对涂层提出了高导磁、高硬度、耐磨损的功能集成协同作用的需求。铁钴钒合金是高饱和磁感应强度软磁材料，在现有软磁材料中该合金的饱和磁感应强度最高(2.4T)，居里点也很高(980℃)，能在较高的工作温度下保持良好的磁稳定性，因此是磁流体密封装置中转轴涂层的理想材料。陶瓷材料元素掺杂在铁钴钒导磁材料体中，可以将金属材料的高导磁性、好的工艺性与陶瓷材料优异的耐磨性和抗氧化性有机结合起来，大幅提高涂层的综合性能。梯度涂层的设计可削弱涂层中的应力，减少裂纹产生，提高涂层与基体的结合强度。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于磁流体密封的钛合金表面高导磁耐磨涂层材料。该涂层材料具有硬度高、耐磨性好、导磁率高的多功能集成。

本发明的另一目的在于提供上述钛合金表面高导磁耐磨涂层材料的制备方法。采用激光熔覆技术并将该涂层材料应用在磁流体密封系统的钛合金部件上，解决了该部位采用传统部件时比重大、耐磨性差的缺点，实现了对该部件轻质和耐磨的要求。

本发明的再一目的在于提供上述钛合金表面高导磁耐磨涂层材料的应用。主要航空航天领域磁流体密封系统的钛合金部件。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：