[發明專利]一種碳化鈦增強涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201610110916.1
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105734557A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 袁康薦;劉延輝;李忠文;瞿偉成
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 曹莉

技術領域

本發明涉及金屬材料表面改性技術領域，具體涉及一種在鑄鐵表面的碳化鈦增強涂層及其制備方法。

背景技術

鑄鐵制造成本低，具有鑄造性、減振性、耐磨性和切削加工性優良，缺口敏感性低、導熱性良好等特點，常用來制作大型鑄件和外部形狀或內腔形狀復雜的零部件。但是，鑄造組織疏松、石墨的割裂效應和孔洞效應等，致使鑄鐵的抗拉強度、韌性和抗疲勞性能等遠低于鋼。另外，含碳量高使得鑄鐵可焊性很差，鑄件磨損后很難通過焊接工藝進行修補和連接。

激光合金化技術是一種金屬材料表面強化技術。通過激光束和材料的交互作用，將能量快速傳遞給材料原子并轉化為熱能，以很高的加熱速度和溫度梯度分布形成激光熔池，并在激光束離開后快速冷卻和凝固。在激光熔池的形成和存在時間內，把需要合金化的化學成分直接或間接的加入到激光熔池中，并與基體熔池中的化學成分快速的混合均勻后，再在激光熔池的凝固中與基體材料合金化，最終在基體表面形成冶金結合的，具有一定厚度和特定性能特點的表面強化層。

激光表面加工在鑄鐵表面的應用也受到人們的研究和關注，現有技術中，激光表面加工對于鑄鐵表面修復或增強的工藝主要有激光相變淬火和激光熔覆。但是，由于鑄鐵含碳量甚高，基于進一步提高強硬度的常規激光相變淬火和激光熔覆，在殘余應力和高含碳量作用下，對裂紋敏感性較大，質量均勻性不高，難以大面積制造。

發明內容

本發明的目的是提供一種在鑄鐵表面制備獲得的碳化鈦增強涂層，用于修補鑄鐵工件的磨損及強化鑄鐵件的表面性能，合金化粉料將鑄鐵中的石墨和一部分化合碳，在激光熔池中通過化學反應生成為碳化鈦增強相，不僅降低了涂層基體組織的含碳量，提高了涂層的塑韌性，降低了涂層對裂紋的敏感性。同時，在激光熔池中原位反應形成的碳化鈦增強相，與基體組織間相容性好，界面結合強度高，顯著增強了涂層的強硬度。

本發明的另一個目的是提供一種在鑄鐵表面制備碳化鈦增強涂層的粉料和方法，該工藝簡單、成本低、效率高、適用性強。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種碳化鈦增強涂層，其特征在于：該增強涂層中的各元素的質量百分含量為，Ti元素：50％～90％，Ni元素：3％～30％，Al元素：1％～5％，V元素：0％～3％，Cr元素：0％～5％，C元素：0.02％～2％，Si元素：0％～3％，稀土元素：0％～3％。

優選的，該增強涂層中的各元素的質量百分含量為，Ti元素：75～90％，Ni元素：7％～20％，Al元素：1％～3％，V元素：0％～1％，Cr元素：0％～1％，C元素：0.02％～1％，Si元素：1％～2.5％，稀土元素：0％～0.5％。

上述碳化鈦增強涂層的制備方法，其步驟包括：

(1)、稱取鈦粉、鎳粉、鋁粉、碳化鉻粉、硅鐵粉、釩鐵粉和稀土礦粉，其重量比為50-90:3-30:1-5：0.1-3:0-5:0-3:0-3；

(2)、將步驟(1)的混合粉末研磨混合均勻后烘干；

(3)、將混合粉末通過預置、同步供粉或預噴涂的方法，施加于經過預處理的鑄鐵工件表面；

(4)、采用激光輻照工藝，激光束輻射步驟(3)中的鑄鐵工件，激光輻射完成后，在鑄鐵工件表面獲得碳化鈦增強涂層；

所述激光輻照工藝為，功率設定為2.2KW，掃描速度9mm/sec，激光光斑尺寸為5mm×5mm，激光頭側軸同步純氬氣流保護。

優選的，所述步驟(1)中的鈦粉、鎳粉、鋁粉、碳化鉻粉、硅鐵粉、釩鐵粉和稀土礦粉的重量比為70-90：5-20：1-3：0.5-2：2：0.02-0.5：0.02-0.5。該混合粉末在鑄鐵激光熔池中，與基體中的碳原子通過化合反應，形成碳化物增強粒子，制備碳化鈦增強的金屬基復合涂層，該涂層的硬度高，用于修補鑄鐵工件的磨損，或強化鑄鐵件的表面性能。

所述步驟(2)中，將混合粉末研磨成粒徑為小于100目的粉體，烘干溫度為50-150℃。

所述步驟(3)中，鑄鐵工件預處理的方法為，去除鑄鐵工件表面油污和銹層，清洗并機械研磨至鑄鐵表面清潔；冷風吹干或擦拭干凈，避免氧化。

所述步驟(3)中，將混合粉末通過預置的方法，施加于經過預處理的鑄鐵工件表面的過程為，將混合粉末均勻預置在經過預處理的鑄鐵工件表面，并對鑄鐵表面的粉體進行靜態冷壓，使粉層厚度控制在0.5mm-1.2mm。優選的，粉層厚度控制在1.2mm，有利于涂層的硬度的增加。