[发明专利]具有多级岛状结构耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多级岛状结构耐磨涂层及其制备方法，它是在预处理的基体表面先喷涂粉末，再利用激光熔覆重熔喷涂层，之后依次增加预涂粉末中能生成陶瓷相的粉末含量进行激光熔覆直到涂层的硬度、韧性或者延展性达到设计要求，从而形成自TiAl基体到涂层表面陶瓷强化相含量成梯度增加的、具有多级岛状结构的复合熔覆层。本发明陶瓷相由内往外是梯度增加的，确保熔覆层有高的硬度、耐磨性，同时又避免了因为成分、组织、性能突变引起的韧性降低，可以获得高耐磨高强韧的涂层，适应于工作时承受弯曲、拉伸、冲击载荷的零部件。

技术领域

本发明涉及一种多级强化耐磨涂层材料结构及制备技术，属于金属材料表面处理领域。具体来讲就是公开了一种利用激光熔覆的方法，高效率地获得具有多级岛状结构的金属间化合物/陶瓷复合材料涂层以及方法，大幅提高表面的耐磨性，延长使用寿命。

背景技术

高铁制动盘、冶金轧辊、玻璃压花辊等关键零部件工作在复杂、严苛的磨损环境下，因为工件表面的耐磨性不合乎要求，而大大缩短了使用寿命，既带来安全隐患，也成为消耗最大的易损件。目前常用的提高表面性能的方法主要有：激光和等离子熔覆、堆焊、双金属复合熔铸或镶铸、喷涂等，皆可以在不同的金属材料基材上制备不同的涂层，提高耐磨性能。

中国专利公开号CN110066995A发明了一种激光熔覆合金粉末及进行H13模具钢的激光熔覆方法，该方法是先配制激光熔覆用H13+镍包WC合金粉末；然后基体预热完成H13模具钢的激光熔覆。熔覆层形成晶界强化型网络状结构，具有低摩擦系数、高耐磨性、高耐腐蚀性等特点。降低了稀释率问题，减少热应力，增加了与基体的冶金结合，解决了大面积多道搭接易开裂问题。

中国专利公开号CN106884109B，公开了一种镍基多组元激光熔覆粉末，主要有Fe，Al，TiB₂，Ni粉等。以及激光熔覆该粉末的方法：将镍基多组元激光熔覆粉末和无水乙醇混合后均匀铺覆在熔覆基体材料表面，辊压后晾干，形成预制层，通过激光熔覆即可获得熔覆层。熔覆层无裂纹，硬度较高，成本较低，提高熔合度并保证强度和塑性，适合于多种零部件修复加工。

中国专利公开号CN109750290A发明了一种TiAl基耐磨激光熔覆涂层粉末及制备方法，涂层粉末主要有TiAl中间合金粉，Si粉，HfO₂粉，La₂O₃粉，B粉，CeO₂粉。通过激光熔覆在钛合金基体上制备出高硬度高耐磨性，且基体与涂层呈冶金结合的涂层。

采用以上不同的涂层设计和制备方法，可以提高工件的耐磨性和使用寿命。但迄今为止，针对高速重载的高铁制动盘、冶金轧辊、玻璃压花辊等关键零部件，在提高耐磨性的同时又获得一定的强韧性，避免脆性疲劳裂纹等，特别是以耐热性好的TiAl等金属间化合物材料为基体，通过多级结构设计制备，协同提高表面耐磨性和强韧性，还尚未见到国内外报道。

中国专利公开号CN1056200364A公开了一种生成陶瓷涂层的方法，在金属表面采用等离子喷涂后，采用纳米材料技术和激光熔覆技术，使陶瓷涂层的性能得到充分发挥，但是没有在涂层和基体之间形成梯度有效的成分和性能梯度结构，因而在用于一些动力部件表面强化时受到局限。

发明内容

本发明为解决现有耐磨涂层韧性不足导致脆性的技术问题，提供了一种TiAl基多级岛状结构的耐磨涂层以及制备方法。本发明的制备方法可有效提高表面硬度和耐磨性、降低脆性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种TiAl基岛状结构耐磨涂层，其特征在于，它是在预处理的基体表面先喷涂粉末，再利用激光熔覆重熔喷涂层，之后依次增加预涂粉末中能生成陶瓷相的粉末含量进行激光熔覆直到涂层的硬度、韧性或者延展性达到设计要求，从而形成自TiAl基体到涂层表面陶瓷强化相含量成梯度增加的、具有多级岛状结构的复合熔覆层。