[發明專利]一種TC4鈦合金激光熔覆增強涂層的制備方法

在審

• 申請號: 201710999903.9
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107723703A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 張天剛;孫榮祿;劉亞楠
• 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: 天津才智專利商標代理有限公司12108
• 代理人: 龐學欣

技術領域

本發明屬于激光增材制造技術領域，特別是涉及一種TC4鈦合金激光熔覆增強涂層的制備方法。

背景技術

磨損是金屬機械零件失效的3大方式(磨損、腐蝕、斷裂)之一。據統計，現代工業迫切需要能在惡劣磨損工況(如高溫、高速摩擦磨損等)下有效工作的零件。

激光熔覆技術是一項新興的零件加工和表面改型技術，具有較低稀釋率、熱影響區小、與基面形成冶金結合、熔覆件扭曲變形比較小、過程易于實現自動化等優點。激光熔覆技術應用到表面處理上，可以極大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕、耐疲勞等機械性能，可以極大提高材料的使用壽命。例如，飛機結構件、發動機零部件、金屬模具等高附加值零部件往往因磨損、高溫氣體沖刷燒蝕、高低周疲勞、外力破壞等因素導致局部破壞而失效，與電弧焊等傳統修復技術相比，激光增材制造技術無論從精度和質量上都具有顯著的優勢。

激光熔覆技術在國內尚未完全實現產業化的主要原因是熔覆層質量的不穩定性。激光熔覆過程中加熱和冷卻的速度極快，由于熔覆層和基體材料的溫度梯度和熱膨脹系數間存在差異，因此有可能在熔覆層中產生多種缺陷，主要包括氣孔、裂紋、變形和表面不平度。現有的TC4鈦合金激光熔覆涂層硬度不是很高，而且還會出現大量的裂紋與氣孔，因此不能保證在極為嚴重的磨粒磨損工況下零件的使用壽命；另外，激光熔覆常用的粉末中多含有鉻，因此極易對環境造成污染。所以，找到一種能夠提高TC4鈦合金激光熔覆涂層的硬度與組織穩定性的方法十分重要。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種TC4鈦合金激光熔覆增強涂層的制備方法。

為了達到上述目的，本發明提供的TC4鈦合金激光熔覆增強涂層的制備方法包括按順序進行的下列步驟：

步驟一：以TC4鈦合金材料作為熔覆的基體，將其表面用砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈表面的油污和銹跡，以對基體進行預處理；

步驟二：將碳化鈦粉末和TC4鈦合金粉末以20～40∶60～80的質量比混合均勻而制成混合粉末，然后在上述經過預處理的基體表面平鋪一層混合合金粉末；

步驟三：以氬氣作為保護氣體，將上述混合合金粉末在4～10mm的光斑寬度、1200W激光功率、3mm/s掃描速度、160mm焦距下利用高功率半導體激光器熔覆在基體的表面，然后室溫下快速冷卻而形成一層激光熔覆涂層。

在步驟一中，所述的砂紙的目數為600目。

在步驟二中，所述的混合合金粉末層的厚度為3～4mm。

在步驟二中，所述的碳化鈦的粒度為：30～50μm，TC4鈦合金粉末的粒度為：40～100μm。

本發明提供的TC4鈦合金激光熔覆增強涂層的制備方法具有以下優點：

1、激光熔覆用合金粉末既有較高的硬度、又有優異的耐磨性和耐腐蝕性；

2、TC4鈦合金粉末相比于其他合金粉末，不僅擁有良好的潤濕性、耐蝕性、高溫自潤滑作用，而且其成分中不含鉻，在實驗或生產中不會對環境造成污染；

3、碳化鈦不僅韌性好、硬度高、抗沖擊載荷及抗磨粒磨損能力強，與基體金屬結合具有較好的抗界面腐蝕磨損性能，而且與鎳基金屬液潤濕性好，與其他金屬陶瓷顆粒(如碳化鎢等)相比易于獲得；

4、激光光斑寬度大，能得到較大面積的熔覆層；

5、在激光熔覆涂層與基體的結合區部分無任何裂紋與氣孔，并且經實驗測試激光熔覆涂層的強度高。

附圖說明

圖1為本發明實施例一制備的激光熔覆涂層的SEM金相圖。

圖2為本發明實施例二制備的激光熔覆涂層的SEM金相圖。

圖3為本發明實施例三制備的激光熔覆涂層的SEM金相圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明提供的TC4鈦合金激光熔覆增強涂層的制備方法進行詳細說明。

實施例一：

本實施例提供的TC4鈦合金激光熔覆增強涂層的制備方法包括按順序進行的下列步驟：

步驟一：以TC4鈦合金材料作為熔覆的基體，將其表面用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈表面的油污和銹跡，以對基體進行預處理；

步驟二：將碳化鈦粉末和TC4鈦合金粉末以20∶80的質量比混合均勻而制成混合粉末，然后在上述經過預處理的基體表面平鋪一層混合合金粉末；混合合金粉末層的厚度3mm；