[發明專利]一種稀土改性激光熔覆層及其制備工藝

有效

• 申請號: 201611113999.6
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106756996B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 于慧君;翁飛;陳傳忠
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C19/05;C22C32/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明提供一種稀土改性激光熔覆層及其制備工藝。在鈦合金基體上，以Ni60A鎳基合金粉末、B₄C或鎳包B₄C(Ni@B₄C)、微米或納米級稀土氧化物為熔覆材料激光熔覆制備稀土改性激光熔覆層。部分R₂O₃會分解為R與O。稀土元素R可以吸附在晶界，阻礙晶界移動；還能減小液態金屬的表面張力和臨界形核半徑，提高形核率，從而細化組織。步驟簡單、操作方便、實用性強。

技術領域

本發明屬于金屬材料表面改性與強化技術領域，特別涉及一種稀土改性激光熔覆層及其制備工藝。

背景技術

激光熔覆技術，是利用高能激光束將添加的材料熔覆在基材表面，形成與基材呈現冶金級別結合的熔覆層，提高基材的表面硬度、耐磨性、耐蝕性、抗氧化性能等表面性能。利用激光熔覆技術對鋼鐵、鈦合金、鋁合金、鎂合金等金屬材料進行表面強化與改性處理，成為當前的研究熱點之一。

激光熔覆技術具有以下優點：

(1)通過設計合理的熔覆材料組成以及適宜的激光熔覆參數，可以獲得組織細小致密且與基體呈現冶金結合的熔覆層，實現基材性能的改善；

(2)凝固時冷卻速度快(高達10⁶℃/s)，具有快速凝固組織特征，易于獲得非晶亞穩相、超細甚至納米級彌散析出相來改善涂層組織結構和性能；

(3)涂層成分、厚度可控，熱影響區小，對基材影響小；

(4)可以進行選區熔覆，實現增材制造，材料利用率高；

(5)工藝過程易于實現自動化，加工效率高，可實現高效制造。

在激光熔覆過程中，熔覆材料的設計至關重要，關系到熔覆過程的成敗及熔覆層性能。Ni基、Fe基、Co基等自熔性合金粉末由于具有良好的脫氧造渣功能，同時又與多數金屬材料具有良好的潤濕性，在激光熔覆中的應用最為廣泛。在此基礎上，根據材料的性能要求，在自熔性合金中加入各種高熔點的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等陶瓷顆粒，或通過原位反應的方式在熔覆層中形成陶瓷強化相，形成金屬陶瓷復合涂層，進一步提高鈦合金的顯微硬度與耐磨性，使得激光熔覆技術的應用前景更為廣闊。

在激光熔覆材料中引入一些稀土氧化物，有助于細化熔覆層的微觀組織，進一步改善涂層性能。近年來，納米材料由于具有良好的熱學、磁學、光學、超導電性和化學催化性質，以及量子尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應等諸多不同于常規材料的性能，成為功能材料研究領域的一大研究熱點。同時，對材料進行強化的同時又能使材料保持一定的韌性，因此，利用納米材料對材料進行強化或改性也引起國內外研究學者的重視。

發明內容

為了克服上述不足，本發明提供一種稀土改性激光熔覆層。在鈦合金表面激光熔覆材料體系中引入納米稀土氧化物(納米Nd₂O₃、La₂O₃)，取得了較好的效果。部分R₂O₃會分解為R與O。稀土元素R可以吸附在晶界，阻礙晶界移動；還能減小液態金屬的表面張力和臨界形核半徑，提高形核率，從而細化組織。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種稀土改性激光熔覆層，在鈦合金基體上，以Ni60A鎳基合金粉末、B₄C或鎳包B₄C(Ni@B₄C)、微米或納米級稀土氧化物為熔覆材料激光熔覆制備稀土改性激光熔覆層。

優選的，所述熔覆材料中稀土氧化物為Nd₂O₃或La₂O₃。