[發(fā)明專利]一種FenWnC-Co(Y)合金納米涂層及其制備方法和應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010266044.0
• 申請(qǐng)日: 2010-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN101928939A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐培全;龔紅英;任江偉;鄧沛然;楊尚磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/08
• 分類號(hào): C23C24/08;C23C30/00;B23K26/34;B23K26/12
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 楊杰民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面納米涂層，具體地說，是一種金屬基體表面的Fe_nW_nC-Co(Y)/Ti合金納米涂層，采用基于機(jī)械激活與激光熔覆復(fù)合工藝，可用于鈦合金或鋁合金表面。

背景技術(shù)

飛機(jī)的關(guān)鍵零部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等，在服役過程中發(fā)生疲勞、磨損等破壞，嚴(yán)重影響飛機(jī)的使用性能。而飛機(jī)的零部件發(fā)生局部損傷或失效后，主體部分還具有很大的承載能力。在航空工業(yè)中，無論是民用飛機(jī)還是軍用飛機(jī)，關(guān)鍵零部件的修復(fù)和再制造都是延長(zhǎng)飛機(jī)服役壽命、節(jié)能降耗的關(guān)鍵問題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于飛機(jī)損傷的關(guān)鍵零部件的修復(fù)和再制造主要采用激光熔覆技術(shù)和激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)。激光熔覆不僅能夠?qū)Τ^極限尺寸的或者有較大裂紋的關(guān)鍵零部件進(jìn)行修復(fù)、恢復(fù)尺寸，也能夠通過熔覆合金體系設(shè)計(jì)恢復(fù)疲勞強(qiáng)度、甚至提高疲勞強(qiáng)度。

在各種熔覆合金中，W-C-M(M表示Co、Fe、Ni)合金體系由于具有良好的高溫強(qiáng)度、耐磨性以及較低的熱膨脹系數(shù)，越來越受到關(guān)注。但在表面熔覆等非平衡條件下，WC不穩(wěn)定，極易發(fā)生WC→W_nC→W_mM_kC的轉(zhuǎn)變，該非平衡條件下的轉(zhuǎn)變，會(huì)形成大量的非平衡中間相。隨著飛機(jī)零部件的服役，這種不穩(wěn)定的中間相將繼續(xù)在內(nèi)部應(yīng)力和外部熱、力的綜合作用下進(jìn)一步發(fā)生轉(zhuǎn)變，而這種變化將帶來合金表面涂層、特別是界面區(qū)域熱脹系數(shù)、物理化學(xué)性質(zhì)的差異的增大而產(chǎn)生新的應(yīng)力及表面裂紋，從而導(dǎo)致其斷裂和失效。在非平衡條件下生成的中間產(chǎn)物，如熔覆過程中，涂層與基體界面形成的η相是在WC基體上，由于缺碳以及過渡元素向基體擴(kuò)散而形成的，是在非平衡條件下被動(dòng)形成的脆硬缺碳(低碳)相，該相不僅形成于涂層制備過程中，也可能析出于高溫?zé)崽幚砘蚋邷剡\(yùn)行過程，塊狀η相會(huì)降低焊接接頭的彎曲強(qiáng)度、沖擊韌性和抗晶間腐蝕能力。

現(xiàn)有的研究證實(shí)在WC-M體系中，成分η相的形成有很大的影響，通過加入過量C的方式一定程度上可以抑制η相的形成。通過增加粘結(jié)相中同C沒有親和力的元素與同C有親和力的元素比例或提高C含量一定程度上能夠抑制η相中間產(chǎn)物并有效控制合成進(jìn)程。除了C元素，也發(fā)現(xiàn)稀土的加入也有助于抑制η相的形成，在較高的溫度下，η相發(fā)生的特定溫度區(qū)間以及成分比例，提高溶解溫度能減少η相的形成；納米尺度的熔覆合金能夠提高成形和界面結(jié)合性能，但也有促進(jìn)中間η相形成的趨勢(shì)，研究表明：改變成分僅能抑制η相中間產(chǎn)物，但是很難獲得單一的穩(wěn)定相，溫度是另一個(gè)重要的因素。根據(jù)W₂C/η相體系的演變思路，除了成分、尺度和溫度外，改變界面η相形態(tài)也能改善材料的性能，研究表明控制η相在高能晶粒邊界界面呈胞狀析出、形核，能顯著提高材料的高溫韌性。

目前的研究中，已經(jīng)提出了平衡條件下通過調(diào)節(jié)C、稀土、Cr₃C₂、貧C/貧Co、M/C等成分手段控制界面η相的形成及形態(tài)；或者通過控制合成溫度抑制η相等中間相的形成，實(shí)驗(yàn)證明是有效的，基于此背景，本專利提出了通過成分設(shè)計(jì)(調(diào)節(jié)C、稀土及平衡態(tài)的Fe_nW_nC)、尺度控制(納米晶)以及溫度控制(激光誘導(dǎo))等多種手段實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的鈦合金表面納米涂層，從而獲得優(yōu)異的飛機(jī)關(guān)鍵零部件表面涂層，提升飛機(jī)關(guān)鍵零部件的抗疲勞再制造水平。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Vreeling?J?A等在雜志Acta?Materialia，2002，50：4913～4924發(fā)表的論文“Ti-6Al-4Vstrengthened?by?laser?melt?injection?of?WC_p?particles”中，提出利用激光處理的方法實(shí)現(xiàn)鈦合金表面的修復(fù)，在熔覆金屬與鈦合金的熔合界面，雖然通過WC與Ti的冶金反應(yīng)生成W和TiC而促進(jìn)了界面的熔合，但也生成了中間物W₂C，這些非平衡產(chǎn)物在鈦合金服役過程中容易產(chǎn)生表面裂紋，引起表面抗疲勞能力下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，開發(fā)了一種Fe_nW_nC-Co(Y)合金納米涂層。

本發(fā)明還提供了上述合金納米涂層的制備方法。

本發(fā)明還提供了上述合金納米涂層的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：