[發(fā)明專利]一種納米B4C改性減摩耐磨激光熔覆層及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107201515B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于慧君;翁飛;陳傳忠
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發(fā)明公開了一種納米B₄C改性減摩耐磨激光熔覆層及其制備方法，現(xiàn)有技術(shù)中鈦合金的激光熔覆層表面硬度低、耐磨性差以及熔覆層中容易出現(xiàn)裂紋和氣孔的問題，制備的熔覆層具有良好的耐磨性，并且可以大大緩解熔覆層中出現(xiàn)裂紋和氣孔的問題。技術(shù)方案包括如下步驟：以鈦合金為基材，以鎳基自熔性合金粉末和納米B₄C為熔覆材料，通過激光熔覆制備而成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料表面強(qiáng)化與改性領(lǐng)域，具體涉及一種納米B₄C改性減摩耐磨激光熔覆層及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金作為20世紀(jì)40年代末發(fā)展起來的一類新型結(jié)構(gòu)材料，由于其密度小、比強(qiáng)度高、中低溫性能好、耐腐蝕等特點(diǎn)，在航空航天、汽車工業(yè)、體育器材、石油化工、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。以汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用為例，鈦合金主要用于發(fā)動機(jī)元件和汽車底盤零部件的制造，如發(fā)動機(jī)上的連桿、氣門、閥簧，底盤上的懸掛彈簧、排氣系統(tǒng)、消音器緊固件等。與鋼制零件相比，鈦合金連桿可減重15％～20％，有效減輕發(fā)動機(jī)質(zhì)量，提高燃油利用率；鈦合金氣門可減重40％以上，對提高極限轉(zhuǎn)速、節(jié)省燃油和降低噪聲十分有利。

然而，鈦合金的硬度低、耐磨性及抗高溫氧化能力差，這些不利因素極大地限制了鈦合金的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。為了解決上述問題，國內(nèi)外的研究學(xué)者嘗試?yán)没瘜W(xué)熱處理(滲碳、滲氮)、離子注入、等離子噴涂、氣相沉積和微弧氧化等方法對鈦合金進(jìn)行表面處理，有效地提高了鈦合金的表面性能。

隨著高性能激光器的開發(fā)與應(yīng)用，激光表面改性技術(shù)也成為鈦合金表面強(qiáng)化與改性領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，比較有代表性的有脈沖激光沉積、激光沖擊硬化、激光熔凝、激光合金化、激光熔覆等。其中，激光熔覆技術(shù)具有環(huán)保、生產(chǎn)效率高、適用于處理不規(guī)則零件，制備出的涂層熱影響區(qū)小、與基材達(dá)到冶金結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。在鈦合金表面制備激光熔覆層，可以提高鈦合金的表面硬度和耐磨性，有利于擴(kuò)大鈦合金在摩擦場合的應(yīng)用范圍。但是現(xiàn)有的激光熔覆方法制備的熔覆層還是存在表面硬度低、耐磨性差的問題，而且熔覆層中容易出現(xiàn)裂紋和氣孔，這也是制約熔覆層質(zhì)量提高的關(guān)鍵因素。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中鈦合金的激光熔覆層表面硬度低、耐磨性差以及熔覆層中容易出現(xiàn)裂紋和氣孔的問題，尚缺乏有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種納米B₄C改性減摩耐磨激光熔覆層及其制備方法。利用激光熔覆技術(shù)在鈦合金表面制備陶瓷強(qiáng)化金屬基復(fù)合熔覆層，提高基材的表面硬度與耐磨性。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種納米B₄C改性減摩耐磨激光熔覆層的制備方法，包括如下步驟：以鈦合金為基材，以鎳基自熔性合金粉末和納米B₄C為熔覆材料，通過激光熔覆制備而成。

納米n-B₄C引入熔覆材料，采用“Ni60A+n-B₄C”復(fù)合熔覆材料體系，在適宜的激光工藝參數(shù)條件下，制備了與基材實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的復(fù)合熔覆層，由于納米B₄C的存在，復(fù)合熔覆層中存在團(tuán)聚狀和球狀石墨，在磨損過程中，石墨可以起到一定的減摩作用，使制備的復(fù)合熔覆層具有較低的摩擦系數(shù)。而且制備得到的熔覆層的平均顯微硬度為1200-1500HV_0.2，具有較高的顯微硬度。較低的摩擦系數(shù)和較高的顯微硬度的協(xié)同作用，大大提高了鈦合金的耐磨性。

進(jìn)一步的，所述鎳基自熔性合金粉末為Ni60A自熔性合金粉末。

Ni60A自熔性合金粉末中由于含有少量Si,B等元素，具有強(qiáng)烈脫氧造渣能力。在激光熔覆中，B,Si等元素可優(yōu)先與涂層中的氧和基材表面的氧化物反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的硼硅酸鹽熔渣，浮到熔池表面，從而減少熔覆層的含氧量和夾渣，提高基體材料與涂層的潤濕性和熔覆層成型性。