[發(fā)明專利]一種鈦合金表面等離子弧熔覆耐磨耐蝕涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710196882.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN107058933B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧相宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄧相宇
• 主分類號(hào): C23C4/06
• 分類號(hào): C23C4/06;C23C4/134;C22C19/05
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發(fā)明公開了一種鈦合金表面等離子弧熔覆耐磨耐蝕涂層及其制備方法，通過采用鎳基成分的粉末作為送粉材料，通過適宜的等離子弧工藝參數(shù)選擇，配合所涉及的保護(hù)罩，氣保護(hù)裝置有效防止了熔覆過程中基體母材的氧化和氮化；方便在相對(duì)廉價(jià)的等離子弧設(shè)備上實(shí)現(xiàn)鈦合金表面耐磨耐蝕強(qiáng)化，利用等離子弧功率大的優(yōu)點(diǎn)獲得更高的熔覆效率；熔敷后獲得的熔敷層的硬度以鎳基固溶體為主，里面分布有TiC、TiB₂及CrB等增強(qiáng)相，熔敷層的硬度可達(dá)1200Hv左右。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬表面涂層技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈦合金表面等離子弧熔覆耐磨耐蝕涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金由于具有強(qiáng)度高，密度小，有良好的高溫強(qiáng)度、低溫韌性及優(yōu)異的耐蝕性等特性，因而被作為結(jié)構(gòu)材料在航空、航天、船舶、化工生物材料等領(lǐng)域等工業(yè)部門廣泛使用。隨著鈦合金的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)其性能要求也是越來越高。然而，由于鈦合金摩擦系數(shù)大、粘著磨損嚴(yán)重，微動(dòng)磨損敏感，導(dǎo)致其耐磨損性能較差，高溫摩擦?xí)r容易著火，即“鈦火”，這在一定程度上限制了其在需要摩擦運(yùn)動(dòng)的部件上的應(yīng)用。因此，改善鈦合金表面性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍是近期科研的一個(gè)熱點(diǎn)。

采用涂層技術(shù)制備耐磨涂層是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)高效的提高鈦合金構(gòu)件耐磨性能的方法。在鈦合金表面改性技術(shù)中，離子滲氮、CVD等雖然能得到結(jié)構(gòu)性能較好的涂層；但是其對(duì)基體的影響較大，離子注入得到的涂層厚度極其有限；熱噴涂能得到性能較好的涂層，但是其涂層與基體之間結(jié)合不牢固，限制了其應(yīng)用。激光熔覆制備的涂層與基體呈冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，性能良好，是鈦合金表面改性的一種很好的選擇。文獻(xiàn)李嘉寧,王娟,單飛虎,等.Cu對(duì)TA15-2鈦合金表面Stellite 12基激光合金化涂層組織結(jié)構(gòu)及耐磨性的影響[J].金屬學(xué)報(bào),2014,50(5):547-554采用激光熔覆的方法，通過同軸送粉的方式，采用Stellite12+B₄C+Cu的粉末組成，制備了含有超細(xì)納米晶體及非晶體的硬質(zhì)復(fù)合涂層，涂層的耐磨損性能得到了顯著提高。文獻(xiàn)林英華,雷永平,符寒光,等.激光原位制備硼化鈦與鎳鈦合金增強(qiáng)鈦基復(fù)合涂層[J].金屬學(xué)報(bào),2014(12):47-47采用純Ni與TiB₂粉末作為熔覆材料，運(yùn)用激光熔覆原位技術(shù)在TC4鈦合金表面制備了以高硬度TiB₂和TiB為增強(qiáng)相，以高韌性NiTi和Ti為基體的復(fù)合涂層。目前大多數(shù)激光熔覆研究都是在提高其材料的耐磨性，但犧牲了鈦合金本身優(yōu)異的耐蝕性，這在鈦合金上得不到較好的應(yīng)用。

等離子弧熔覆是一種新的表面改性技術(shù)。相比于設(shè)備成本昂貴的激光設(shè)備，等離子弧熔覆設(shè)備具有設(shè)備簡(jiǎn)便、使用成本低、加工效率高的特點(diǎn)，配合機(jī)器人使用可以完成自動(dòng)化，在工業(yè)領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景。等離子弧粉末熔覆堆焊工作原理：是利用等離子弧作為熱源，由送粉器向堆焊槍供粉，吹入電弧中，應(yīng)用等離子弧產(chǎn)生的高溫將合金粉末與基體表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴(kuò)散、隨堆焊槍和工件的相對(duì)移動(dòng)，等離子弧離開后液態(tài)合金逐漸凝固，形成一層高性能的合金堆焊層，從而實(shí)現(xiàn)零件表面的強(qiáng)化與硬化的堆焊工藝，由于等離子弧具有電弧溫度高、傳熱率大、穩(wěn)定性好，熔深可控性強(qiáng)，通過調(diào)節(jié)相關(guān)的堆焊參數(shù)，可對(duì)堆焊層的厚度、寬度、硬度在一定范圍內(nèi)自由調(diào)整。利用粉末作為堆焊材料可提高合金設(shè)計(jì)的選擇性，特別是能夠順利堆焊難熔材料，提高工件的耐磨、耐高溫、耐腐蝕性。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的等離子弧使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基材表面形成與其冶金結(jié)合的涂層，且滿足特定性能如耐磨、耐蝕要求的涂層，達(dá)到材料表面改性或修復(fù)的目的，但等離子熔覆在鈦合金基材方面還未有研究。因此提供一種用于鈦合金表面等離子弧熔覆技術(shù)用以提高鈦合金構(gòu)件耐磨性能、耐蝕性能具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述不足，本發(fā)明的一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有直接添加增強(qiáng)相存在耐磨性和耐蝕性差、結(jié)合強(qiáng)度低、流動(dòng)性不好的弊端，提供一種鈦合金表面等離子弧熔覆耐磨耐蝕涂層，避免直接添加增強(qiáng)相在熔敷過程中的燒損，采用廉價(jià)的元素合金粉末得到高耐磨性、耐蝕性、流動(dòng)性強(qiáng)的鈦合金涂覆涂層。