[發(fā)明專利]一種用于提高鈦合金表面高溫耐磨減摩性能的材料及其應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310018842.5
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103042207A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉秀波;孟祥軍;劉海青;鄭晨;王明娣;孫承峰
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C22C29/00;C23C24/10
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于提高鈦合金表面高溫耐磨減摩性能的材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

鈦合金（Ti-6Al-4V）具有密度低、比強度高、屈強比高、高溫力學(xué)性能優(yōu)異（與鋁合金相比）、耐蝕性優(yōu)異、生物相容性好等突出優(yōu)點，在航空、航天、船舶、兵器、海洋、石油、化工、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但鈦合金摩擦系數(shù)大、易粘著、不易潤滑、耐磨性差、高溫抗氧化性能低等缺點，大大限制了鈦合金的應(yīng)用范圍，特別是嚴(yán)重制約了鈦合金作為摩擦副運動零部件的使用。

由于摩擦磨損基本上發(fā)生在材料或零部件的表面，采用合適的表面工程手段在材料表面制備硬度高、耐磨性好的涂層無疑具有較高的可行性和經(jīng)濟性。熱噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂等工藝也常被用來對鈦合金進行表面改性，但是采用以上手段制備的涂層由于受鈦合金活性的影響，涂層材料與鈦合金基材的相容性很差，并且受電弧噴涂、熱噴涂及等離子噴涂工藝本身所限，涂層與基材之間為機械結(jié)合，結(jié)合強度有限，且涂層組織疏松，在強烈磨損工況下涂層易于開裂和脫落。激光熔覆（亦稱激光堆焊）是以不同的添加方法在被熔覆的基體上放置選擇的涂層材料，經(jīng)高能密度激光束輻射加熱，使之和機體表面熔化，并快速凝固，從而在基材表面形成與基體為冶金結(jié)合的表面涂層的工藝過程。其優(yōu)點是：對基材的熱影響小，引起工件的變形小；控制激光輸入能量，可將基材的稀釋作用限制在極低程度（一般為2%～8%），從而保持了原熔覆材料的優(yōu)異性能；與基體形成冶金結(jié)合、結(jié)合強度很高。

熱噴涂材料根據(jù)材料性質(zhì)和使用性能分類的總類很多，常用的復(fù)合材料是由鎳基、鐵基、鈷基等合金與陶瓷材料（金屬氧化物、金屬碳化物、硼氮硅化物）組成的金屬陶瓷復(fù)合材料，因此復(fù)合材料即結(jié)合了陶瓷材料的耐高溫、耐磨損、硬度高的優(yōu)良特性又保持了金屬材料的韌性和塑性等良好的力學(xué)性能。由此可知，這種復(fù)合材料或涂層大大的提高了零部件本身的高溫耐磨性能，但與此同時，卻增加了對偶件的磨損，即對偶摩擦副的自潤滑性或摩擦相容性差，這在很多情況下是有害和不允許的，這就要求復(fù)合材料不僅要有高溫耐磨性能，而且還必須要有減磨的性能。因此，添加一些固體自潤滑劑成為了復(fù)合涂層研究和發(fā)展的方向。

傳統(tǒng)的復(fù)合涂層材料只是單一的提高鈦合金表面的硬度及高溫耐磨性能，但很多情況下卻加劇了對偶件的磨損，這樣只取到了耐磨的性能，但是沒有起到減摩得作用，然而，加入一些固體潤滑劑可以有效地改善傳統(tǒng)復(fù)合材料的這一弊端。采用等離子噴涂等工藝所制備的涂層有如下缺點：涂層組織疏松、有較多的孔隙及夾渣；與基體以機械結(jié)合為主、結(jié)合強度較低，特別是在沖擊載荷下，等離子噴涂涂層易于剝落。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供本發(fā)明的目的是提供一種能有效延長零部件的服役壽命，且節(jié)約成本、保護環(huán)境，應(yīng)用于提高鈦合金表面高溫耐磨減摩性能的材料，以拓寬鈦合金的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。

為達到上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案是提供一種用于提高鈦合金表面高溫耐磨減摩性能的材料，它為粉末組合物，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，其成分為14%～17.5%的鎳，10%～14.5%的鉻，42.5%～45.5%的碳化鉻和25%～30%的二硫化鎢，粉末粒度為200～300目。

本發(fā)明一個優(yōu)選的方案為：按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，粉末組合物的成分為15%的鎳，12%的鉻，43%的碳化鉻（Cr₃C₂），30%的二硫化鎢。

如上所述的一種用于提高鈦合金表面高溫耐磨減摩性能的材料，將其應(yīng)用于激光熔覆工藝制備鈦合金表面高溫耐磨減摩的復(fù)合涂層，包括如下步驟：

1、按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，將14%～17.5%的鎳，10%～14.5%的鉻，42.5%～45.5%的碳化鉻和25%～30%的二硫化鎢粉末混合，得到粉末粒度為200～300目的粉末混合物；

2、用粘接劑將所述粉末混合物調(diào)和，涂敷于Ti-6Al-4V鈦合金表面，烘烤干燥，形成預(yù)鋪涂層；

3、以功率為1.2～1.5kW的CO₂激光輻照所述預(yù)鋪涂層，同時向熔池吹送惰性氣體以避免溶池表面氧化；激光掃描速度為4～7?mm/s；

4、采用單道激光掃描或多道搭接激光掃描，在鈦合金表面得到連續(xù)的高溫耐磨減摩涂層。

本發(fā)明所述的粘接劑為用乙醚溶解的甲基纖維素，或用乙醇溶解的固體酚醛樹脂，所述的固體酚醛樹脂為苯酚或甲醛在酸性催化劑作用下縮聚得到。