[發明專利]一種鈦合金級配粉激光熔覆層的制備方法及具有該熔覆層的鈦合金

在審

• 申請號: 201710862404.5
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107761093A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 胡春亮;孫榮祿;林熙;牛偉;雷貽文
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙)12214
• 代理人: 陳昌娟

技術領域

本發明涉及激光熔覆領域，特別是涉及一種鈦合金級配粉制備激光熔覆層的方法及具有該熔覆層的鈦合金。

背景技術

鈦合金具有比強度高，抗腐蝕耐熱性優異，生物兼容性好等優點，在航天航空、石油化工、生物醫學工程等方面都有廣泛的應用。但是其硬度、摩擦系數較低，難以自潤滑，所以其耐磨性能并不理想。隨著現代科技的發展，要求某些相對運動的零部件能長時間工作在高溫、高真空、強腐蝕及強輻射等特殊工況下工作。在這樣苛刻的條件下，常規外加潤滑油和潤滑脂不能滿足其要求。這就要求零部件本身就有較好的耐磨性和優異的自潤滑性能，因此鈦合金的這些缺點在一定程度上限制了其應用。

激光熔覆技術作為一項新型材料表面改性技術在近些年得到了極大的發展。它通過在材料表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束，使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結合的增材熔覆層，從而顯著改善材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強化方法。但是，目前還沒有將此項新技術應用于鈦合金的報導。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的一個目的是提供一種能夠顯著改善鈦合金表面性能的鈦合金級配粉激光熔覆層的制備方法。

本發明的另一目的是提供一種具有上述鈦合金級配粉激光熔覆層的鈦合金。

為此，本發明的技術方案如下：

一種鈦合金級配粉激光熔覆層的制備方法，包括以下步驟：

1)將鈦合金基材進行預處理，除去表面的氧化皮、油污和銹跡；

2)根據需要，將粒徑為5～140μm的70Ni包B₄C粉末進行篩分分級；

3)將分級后的不同粒度尺寸級別的粉末進行混合配比，得到70Ni包B₄C級配粉；

4)按比例將所述70Ni包B₄C級配粉和TC4粉末混合均勻，制得覆層混合涂層級配粉；

5)在鈦合金基材表面預置所述覆層混合涂層級配粉，采用3mm×12mm、3mm×24mm、6mm×12mm或6mm×24mm的矩形寬光斑，在功率為2～8kw的情況下，以5～20mm/s的掃描速度，在氬氣保護環境下，對預置好覆層混合涂層級配粉的試塊進行激光熔覆，得到鈦合金級配粉激光熔覆層。

其中：

步驟2)所述的70Ni包B₄C粉末粒徑d的分級范圍分別為：d≤23μm；23μm<d≤45μm；45μm<d≤75μm；75μm<d≤96μm；d>96μm五個級別。

步驟3)中進行混合配比時，所選擇的粉末為所述五個級別中的任意一種，或者是其中任意幾種以任意比的混合物。

步驟4)中進行混合時，70Ni包B₄C級配粉的質量分數為5％～30％，余量為TC4粉末。

步驟5)中，在鈦合金基材表面預置所述覆層混合涂層級配粉的方法為：采用有機粘結劑將覆層混合涂層級配粉預置在鈦合金基材表面上，預置厚度為1～3mm，然后放入干燥箱中，在120～160℃下干燥2～4小時。

一種鈦合金，其具有上述鈦合金級配粉激光熔覆層。

本發明具有以下有益效果：

該方法采用激光熔覆技術，利用高能密度的激光束，使預置的TC4+Ni包B₄C級配粉混合粉末涂層與TC4基材表面薄層一起熔凝，形成一種性能可控的具有不同于基材表面性質的表面熔覆層。該方法也可拓展應用于其他不同種類級配粉和不同配比的方案。利用該方法能夠獲得顯著區別于基材的，具有高硬度、高耐磨、自潤滑特性的熔覆層，滿足對鈦合金結構件、零部件的特殊性能要求，從而拓展了鈦合金的使用范圍。具體體現在以下方面：

步驟2)中，采用鎳包形式的碳化硼(B₄C)，在鎳包的情況下，可以抑制B₄C的反應，保留熔覆層中B₄C相的殘留。B₄C具有硬度高、密度低、耐高溫、耐腐蝕、化學性質穩定，并且硼、碳是強有效的固溶強化元素，碳化硼可顯著優化鈦基合金覆層的組織與性能。

步驟2)中，鎳包碳化硼中的硼元素在熔覆過程中具有強烈的脫氧造渣功能，優先與合金粉末中的氧和工件表面的氧化物一起熔融生成低熔點的硼酸鹽并熔覆在熔池表面，能夠防止液態金屬過度氧化，從而改善熔體對基體金屬的潤濕能力，減少熔覆層中的夾雜和含氧量，提高熔覆層性能。