[發明專利]一種帶有涂層的鈦合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202211649602.0
• 申請日: 2022-12-21
• 公開（公告）號: CN115821188A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 郭才冬;鄧真;周照強
• 申請（專利權）人: 重慶宗申發動機制造有限公司
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C23C24/10
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司 50209
• 代理人: 張建

本發明公開了一種帶有涂層的鈦合金，所述涂層的表面組織成分為Pb?Ti化合物層，涂層與基體組織之間為擴散過渡區間，所述擴散過渡區間包括：靠近Pb?Ti化合物層的金屬間化合物；靠近基體組織的β相鈦合金晶體；所述基體組織為α+β相鈦合金晶體；所述α+β相鈦合金晶體由所述基體組織向所述涂層逐步轉變為β相鈦合金晶體。本發明制得的帶有涂層的鈦合金能夠在保持原鈦合金基體的高塑性、韌性和保持原鈦合金基體重量輕、比強度高、高溫強度好等特點，同時提升涂層表面硬度、耐磨性和降低材料表面摩擦系數，使其在表層與基體間形成幾段硬度緩慢降低的過渡區域，從而鈦合金的耐機械沖擊性能，同時使其滿足高速內燃機零部件工況使用要求。

技術領域

本發明涉及一種鈦合金表面處理工藝，具體涉及一種帶有涂層的鈦合金及其制備方法。

背景技術

鈦合金是一種重要的結構材料，具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高等優點,滿足了航空航天產品對輕質材料的需求；鈦合金的強度(500-1400Mpa)遠高于Al、Mg合金，鈦合金在550℃高溫和-250℃低溫的寬范圍溫度條件下均能長期工作，已經發展成為飛機結構的主要金屬，并在航空航天、生物工程、機械工程及運動器材等方面得到了廣泛應用。

中國專利文獻CN113088960A公開了一種鈦合金軟包裝耐磨涂層及其制備方法，該涂層的成分為初生Si和(α+Si)共晶組織，涂層-基體結合界面組織成分為Ti-Al系金屬間化合物；采用等離子焊接和同步送粉熔覆技術制備涂層；該涂層具有良好的耐磨性能，從涂層表面到基體在硬度上呈現出軟包裝的特點，涂層部分硬度低于鈦合金基體，但其耐磨性卻較鈦合金基體大幅提高。

但該現有技術具有以下不足：該鈦合金軟包裝耐磨涂層在用于高速內燃機零部件使用時，因其，鈦合金軟包裝耐磨涂層的硬度與其鈦合金的硬度的差距太大，因此，在用于高速運轉的耐燃機的零部件時，容易導致零件的損壞，使其無法滿足高速內燃機零部件工況使用要求。

發明內容

一方面，本發明提供了一種用于滿足高速內燃機零部件工況使用要求的帶有涂層的鈦合金，所述涂層的表面組織成分為Pb-Ti化合物層，涂層與基體組織之間為擴散過渡區間，所述擴散過渡區間包括：靠近Pb-Ti化合物層金屬間化合物；靠近基體組織的β相鈦合金晶體；所述基體組織為α+β相鈦合金晶體；所述α+β相鈦合金晶體逐步轉變為β相鈦合金晶體。

進一步地，所述Pb-Ti化合物層的層厚為1-3μm,硬度為1000HV。

進一步地，所述金屬間化合物的厚度為2-5μm，硬度為800HV。

進一步地，所述β相鈦合金晶體的厚度為0.05-0.5mm，硬度為40HRC。

第二方面，本發明提供了制備本發明所述帶有涂層的鈦合金的方法，包括以下步驟：

前處理：將鈦合金加熱到再結晶溫度，保溫后空冷或在惰性氣體保護下冷卻；

表面激光淬火：將經再結晶退火后的零件表面涂抹鉛粉，采用激光對鉛粉瞬間加熱。

進一步地，所述再結晶溫度為900-970℃、保溫時間為1-2小時。

進一步地，所述空冷或冷卻為降至常溫。進一步地，在冷卻后，再次加熱到500-570℃保溫6-8小時，之后空冷或在惰性氣體保護下冷卻至常溫。

進一步地，所述激光功率為1500W，掃描速度為100mm/min，光斑直徑為6mm。

進一步地，所述表面激光淬火中瞬間加熱的溫度為900-1000℃。

本發明具有以下有益效果：