[發明專利]一種用于磁流體密封的鈦合金表面高導磁耐磨涂層材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010664451.0
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111593344B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 李海慶;王浩;王啟民;李海新
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;哈爾濱工程大學煙臺研究院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F1/12;B22F9/04;F16J15/43
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發明屬于表面防護與導磁涂層技術領域，公開了一種用于磁流體密封的鈦合金表面高導磁耐磨涂層材料及其制備方法和應用。所述涂層材料依次包括耐磨層、主體層和過渡層，所述過渡層位于基體和主體層中間；所述過渡層的組成為：鐵鈷釩合金85～97％、Si 1～5％、B 1～5％；所述主體層的組成為：鐵鈷釩合金85～95％、Si 2～5％、B 2～5％、WC 1～5％；所述耐磨層的組成為：鐵鈷釩合金70～80％、Si 1～5％、B 1～5％、WC 10～20％。該涂層材料具有硬度高、耐磨性好、導磁率高的多功能集成。采用激光熔覆方法制備，可將該涂層材料作為磁流體密封系統的鈦合金部件應用在航空航天領域中。

技術領域

本發明屬表面防護與導磁涂層技術領域，更具體地，涉及一種用于磁流體密封的鈦合金表面高導磁耐磨涂層材料及其制備方法和應用。

背景技術

磁流體密封是一種先進的動密封技術，是指在一定的載液作用下，將含有納米磁性粒子的流體放置在外界磁場的結構中，在磁回路的作用下，磁流體集中在密封間隙內，從而達到密封的作用。具有零泄漏、能承受高轉速、扭矩傳遞效率高等優點；作為航空航天、航海的復雜環境的密封部件被越來越重視，有著廣闊的應用前景。轉軸作為磁流體密封系統中密封和動力傳遞的核心部件，長時間在線速度達30m/s以上的固液兩相磁流體下工作。因此，轉軸既需要擁有優異的力學性能，如耐磨、硬度大，又要具有高導磁、磁阻小、能量損耗低等磁性能，同時還需滿足航空航天領域輕質化的要求。

鈦合金具有質量輕、優異的力學性能特點，在航空航天、化學、石油化工和生物醫療等領域有廣泛的應用，是磁流體密封系統轉軸的理想材料。但是，鈦合金材料導磁性能差，無法形成磁力線回路以滿足特定工作場合，此外，在長期服役過程中鈦合金表面硬度偏低，將不可避免產生磨損。因此，基于對磁流體密封系統長期安全、穩定可靠運行的需求考慮，改善鈦合金表面性能具有十分深遠的意義。

激光熔覆技術是一種新的表面改性方法，在基體表面添加熔覆材料并利用高功率密度的激光束使之與基體工作表面薄層一起熔凝的方法，在基體工作表面形成與其為冶金結合且無氣孔、裂紋等缺陷的高性能表面涂層。與傳統的堆焊、噴涂相比，激光熔覆技術具有稀釋率低、氣孔和裂紋缺陷少、組織致密、能量集中、結合強度高等優點，且激光熔覆工件前處理工藝簡單，熔覆不需要再在真空環境中進行，工件尺寸基本不受限制，是一種比較理想的表面改性技術。

在磁流體密封系統中，涂層需承受長時、高速固液兩相流的磨損，以及恒磁場作用等，對涂層提出了高導磁、高硬度、耐磨損的功能集成協同作用的需求。鐵鈷釩合金是高飽和磁感應強度軟磁材料，在現有軟磁材料中該合金的飽和磁感應強度最高(2.4T)，居里點也很高(980℃)，能在較高的工作溫度下保持良好的磁穩定性，因此是磁流體密封裝置中轉軸涂層的理想材料。陶瓷材料元素摻雜在鐵鈷釩導磁材料體中，可以將金屬材料的高導磁性、好的工藝性與陶瓷材料優異的耐磨性和抗氧化性有機結合起來，大幅提高涂層的綜合性能。梯度涂層的設計可削弱涂層中的應力，減少裂紋產生，提高涂層與基體的結合強度。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種用于磁流體密封的鈦合金表面高導磁耐磨涂層材料。該涂層材料具有硬度高、耐磨性好、導磁率高的多功能集成。

本發明的另一目的在于提供上述鈦合金表面高導磁耐磨涂層材料的制備方法。采用激光熔覆技術并將該涂層材料應用在磁流體密封系統的鈦合金部件上，解決了該部位采用傳統部件時比重大、耐磨性差的缺點，實現了對該部件輕質和耐磨的要求。

本發明的再一目的在于提供上述鈦合金表面高導磁耐磨涂層材料的應用。主要航空航天領域磁流體密封系統的鈦合金部件。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：