[發明專利]一種通過激光加工使鈦合金表面非晶-納米化的方法

無效

• 申請號: 201410759195.8
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104388931A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 李嘉寧;張元彬;劉鵬;袁興棟;孫俊華;姜春成
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種實現鈦合金表面非晶-納米化的方法，屬于材料表面強化技術領域。特別涉及一種在鈦合金表面用Sb改善Stellite基TiB2-TiC強化激光合金化涂層耐磨性及表面形貌的方法。

背景技術

鈦合金具有高比強度，高比模量以及優異耐蝕性等優點，已被廣泛應用于航空航天等領域。但鈦合金表面耐磨性差，限制了其潛能的發揮。激光合金化是一種新型的表面改性技術，可顯著改善材料表面性能，主要針對磨損失效材料進行修復，具有效率高、速度快、綠色環保無污染及處理后工件性能好等特點。非晶態合金作為一種新型材料，具有高屈服強度、大彈性應變極限及高耐磨性等優異性能；納米晶因其特殊的結構與尺寸效應，具有一般材料難以獲得的優異性能，如高耐磨性與耐高溫氧化性等。且近年來，隨著納米材料的飛速發展，納米技術開始應用于表面工程，形成了“納米表面工程”新領域，并作為一種特殊的應用技術受到國內外軍方的高度重視。Stellite合金，即通常所說的CoCrW（Mo）合金或鈷基合金，是一種耐磨損和抗高溫氧化的硬質合金。將適量Stellite加入到激光合金化涂層中，涂層將具有高硬度、耐腐蝕、耐磨及耐熱等特點。激光合金化陶瓷顆粒增強復合涂層是提高鈦合金表面耐磨和抗高溫氧化等性能的有效途徑，可使合金化涂層與鈦合金基體產生冶金結合，形成具有良好強韌性的涂層。通過激光合金化技術可修復各種失效零件，如航空發動機渦輪葉片等。Sb對Stellite基激光合金化涂層的納米化過程，是利用Sb在激光熔池中原位生成的諸如CoSb及CoCr等納米顆粒來抑制其它晶化相長大的過程，也是大量納米晶生成的過程。且CoSb納米晶在高溫熔池中具有極高的擴散率，易引發晶格畸變，使涂層發生非晶化轉變。

基于上述原因，本發明提出了一種能夠降低生產成本，增強鈦合金表面硬度與耐磨性的材料表面激光非晶納米化處理方法。直接用水玻璃溶液將Stellite?12-B₄C-Sb混合粉末均勻攪拌成糊狀涂覆于鈦合金表面，而后進行激光合金化處理。因基材鈦合金對激光熔池的稀釋作用，大量Ti由基材進入激光熔池中，可與激光熔池中諸多化學元素發生化學反應，生成諸如TiB₂、TiC等極具耐磨性的化合物。掃描電鏡照片表明，Stellite?12-B₄C-Sb激光合金化涂層組織結構均勻，無裂紋及氣孔產生（見圖1）。

采用HV-1000型顯微硬度計測試激光合金化涂層的硬度，載荷為200?g，加載時間為5秒，自試樣表層向內每隔0.12?mm測定一次硬度值。采用MM200磨損試驗機測定合金化涂層的抗磨性能。選用尺寸為Φ40×12的YG6硬質合金磨輪，轉速400?r/min，載荷為2～8?kg。

磨損體積：磨損試驗中每隔10分鐘測量一次磨痕寬度或磨損失重；磨痕寬度采用體積顯微鏡測定，經過多點測定后取平均值作為測量結果。利用如下公式近似計算磨損體積。

V=l{r²arcsin???????????????????????????????????????????????-}?????????????????

式中：??V是磨損體積，單位是mm³；

l是磨痕長度（即試樣寬度），單位mm；

b是磨痕寬度，mm；

r是磨輪半徑，mm。?

激光合金化后，Stellite?12-B₄C-Sb激光合金化涂層硬度可達1300～1400?HV_0.2（見圖2）。

Stellite?12-B₄C-Sb激光合金化涂層具有較高的硬度與較好的磨損性能及組織結構，該合金化涂層的磨損體積為TA15合金基材的1/12（見圖3和表1）。

表1是Stellite?12-B₄C-Sb激光合金化涂層與TA15磨損試驗結果

發明內容

本發明針對鈦合金表面Stellite基TiB₂-TiC增強激光合金化涂層表面形貌凹凸不平及耐磨性能不穩定的缺陷，通過Sb加入使激光合金化涂層進一步非晶-納米化，從而改善涂層表面形貌及耐磨性。該項技術可應用于飛機零件制造中以及航空領域部件修復等諸多方面。

本發明具體步驟：