[發明專利]用于鈦合金的稀土添加含銅鈦基激光熔覆層及其制備方法

在審

• 申請號: 202010021904.8
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111218683A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 張天剛;肖海強;張志強;姚波;楊凡;張倩
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C14/00
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 許愛文

本發明屬于鈦合金表面工程領域，特別是涉及一種用于鈦合金的稀土添加含銅鈦基激光熔覆層及其制備方法。該熔覆層采用激光熔覆技術，熔覆粉末包括65wt％TC4，5wt％Cu，28～30wt％Ni60，0～2wt％Y₂O₃。TC4粉末包括6.36wt％Al、4.06wt％V、0.077wt％O、0.011wt％N、0.05wt％Fe，其余為Ti。Ni60粉末包括15.5wt％Cr、0.8wt％C、3.5wt％B、4.0wt％Si、5.0wt％Fe、3.0wt％W，其余為Ni。本發明可以有效改善激熔覆層的成形質量并提高鈦合金表面的摩擦磨損性能。

技術領域

本發明屬于鈦合金表面工程領域，特別是涉及一種用于鈦合金的稀土添加含銅鈦基激光熔覆層及其制備方法。

背景技術

Ti-6Al-4V(TC4)合金具有高比強度、優良的中低溫性能和低密度等優點，可滿足航空發動機高推重比、高可靠性和長壽命的設計需求，是航空發動機壓氣機葉片、風扇葉片、機匣和發動機掛架的重要選材。然而，鈦合金硬度低，耐磨性差，在航空發動機高速氣動載荷和復雜震動條件下，發動機的鈦合金零部件將因吸入空氣中的異物而產生劃痕和磨損，破壞了鈦合金部件的結構強度和氣動外形，不利于航空發動機運營可靠性和安全性。

激光熔覆是一項快速高效的表面改性技術，制備的熔覆層與基體結合強度高，材料利用率高。因此，對于鈦合金硬度和耐磨性不足等問題，國內外研究機構展開了一系列的激光表面改性研究，以改善鈦合金表面的摩擦磨損性能。鎳基自熔性合金含有B和Si元素，可增加熔池流動性，保證熔覆層與基材的潤濕性。此外，鎳基自熔性合金提供的Ni、C和B等元素與鈦生成硬質相，改善熔覆層的摩擦磨損性能。因而，Ni60自熔性合金粉末被廣泛運用于鈦合金表面激光熔覆。使用鎳基自熔性合金制備的熔覆層可有效的改善鈦合金表面的耐磨性，但激光熔覆快速加熱冷卻的工藝特點，易導致熔覆層出現應力集中，熔覆層中生成的粗大硬質相極易萌生裂紋，破壞熔覆層的成形質量。Cu熱導性好，熔點低，在材料體系中添加Cu可減緩熔覆層應力集中，降低裂紋敏感性，改善熔覆層的成形質量，提高強韌性，但熔覆層易出現氣孔缺陷，不利于熔覆層的成形質量，限制含銅激光熔覆層在鈦合金表面改性和損傷修復的工業化運用。

發明內容

為了應對上述激光修復層中存在的不足問題，本發明的目的在于提供用于鈦合金的稀土添加含銅鈦基激光熔覆層及其制備方法。改善激熔覆層的成形質量，提高鈦合金表面的摩擦磨損性能。鈦基復合材料體系使熔覆層與TC4基材的熱物理性能差異較小，保證熔覆層與基材的相容性。Ni60自熔性合金粉末的B和Si元素可增加熔池流動性，可保證熔覆層與基材的潤濕性。此外，Ni60自熔性合金粉末提供的Ni、C和B等元素與鈦生成TiCx、TiB和Ti₂Ni等增強相，改善鈦合金表面的摩擦磨損性能。Cu具有熱導性好，熔點低等特點，可有效減緩熔覆層應力集中，降低裂紋敏感性，改善熔覆層的成形質量。稀土氧化物具有化學活性強，電負性低等特性，熔覆材料體系中加入Y₂O₃，可提高熔覆材料對激光能力吸收率，增加熔池對流，使氣泡有效逸出，避免產生氣孔缺陷，降低熔覆層裂紋敏感性，改善熔覆層成形質量。Y₂O₃以細小顆粒狀分布在析出相邊界處，阻礙晶粒的固-液界面移動，抑制硬質相的晶粒長大；同時，Y₂O₃可作為析出相的異質形核中心，增加熔體的形核率，細化熔覆層析出相，使硬質相分布均勻，提高熔覆層硬度，降低摩擦系數，提高耐磨性能，磨損表面光滑平整，改善熔覆層摩擦磨損性能。

為了實現上述目的，本發明所采用的具體技術方案為：