[發明專利]高速激光熔覆鈦基涂層及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310219660.8
• 申請日: 2023-03-08
• 公開（公告）號: CN116180074A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 賀美珍;鄧鐵夫;樂聰聰
• 申請（專利權）人: 長沙卡邦超硬材料科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F1/12
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 趙琴娜

本發明公開了一種高速激光熔覆鈦基涂層及其制備方法和應用，所述高速激光熔覆鈦基涂層的制備原料包括Ti粉和以下按質量百分比計的組分：不銹鋼粉20％?30％，AlN粉4％?10％，SiC粉20％?30％，V粉3％?5％，其中，所述不銹鋼粉選自304不銹鋼粉或316不銹鋼粉中的一種或兩種。本發明基于組分配合，能很好地兼顧涂層厚度、耐磨性和沖擊韌性。本發明還提供了上述高速激光熔覆鈦基涂層的制備方法和應用。

技術領域

本發明涉及鈦合金涂層領域，特別涉及一種高速激光熔覆鈦基涂層及其制備方法和應用。

背景技術

鈦及鈦合金具備獨特性質，比如密度小、熔點高、比強度高、耐多種介質腐蝕、寬溫域耐溫性好、可加工性好、有形狀記憶特性等，是航空、航天、航海、石油開采及軍事應用的首選材料。但是，鈦及鈦合金不具備耐磨性，又不能通過金屬熱處理提高其耐磨性，這一缺陷明顯限制了其應用范圍。比如，對于坦克履帶鏈或防彈板掛件等軍工產品，用純鈦或TC4鈦合金等遠遠不能滿足技術要求。

常規改性方法是在鈦或鈦合金表面制備高硬度涂層，會造成沖擊韌性顯著下降，難以兼顧涂層韌性和耐磨性，且該方法需要經過復雜工序加工，無法高效率獲得性能穩定的涂層，難以實現規模化生產。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種高速激光熔覆鈦基涂層，適用于鈦及鈦合金基體，能在保證沖擊韌性的同時，顯著提升耐磨性，極大地拓寬了鈦及鈦合金的應用范疇。

本發明還提出上述高速激光熔覆鈦基涂層的制備方法。

本發明還提出上述高速激光熔覆鈦基涂層的應用。

本發明第一方面實施例涉及一種高速激光熔覆鈦基涂層，其制備原料包括Ti粉和以下按質量百分比計的組分：

不銹鋼粉20％-30％，

AlN粉4％-10％，

SiC粉20％-30％，

V粉3％-5％，

其中，所述不銹鋼粉選自304不銹鋼粉或316不銹鋼粉中的一種或兩種。

根據本發明第一方面實施例的高速激光熔覆鈦基涂層，至少具有如下有益效果：

AlN和SiC在高溫下分解，釋放Al、N、C元素，Si大部分逸出。Ti在高溫下化學性質活潑，能與N、C原位形成氮化鈦、碳化鈦、碳氮化鈦等陶瓷相化合物，具有極高的硬度。Ti與Al、Fe等形成填隙式固溶體或金屬間化合物，兼顧硬度和韌性。Ti還能與不銹鋼粉中的多種元素(Cr、Ni、Mo等)及V形成間隙固溶體、置換固溶體，進而使涂層獲得遠高于鈦或鈦合金本身的耐磨性，并具有良好的沖擊韌性。

如果僅添加強鈦化物形成元素，能夠提高硬度，但由于硬質相密度太高，缺少對載荷的緩沖，表現出硬脆性。此外，硬質相具有很高的結合強度和化學穩定性，涂層很難做厚，特別是在快速熔覆工藝下，涂層更難做厚，一般很難超過0.3mm，否則極易出現開裂或剝落。本發明基于不銹鋼粉與其他組分配合，能夠提高涂層厚度(涂層厚度高達1.8mm)和耐磨性，并保證韌性，極大地提高了涂層的綜合性能。

本發明基于組分配比設計，能通過高速激光熔覆工藝實現與鈦基母材間的冶金結合，既保留了鈦基母材自身優勢，又能兼顧耐磨性、沖擊韌性和涂層厚度，對拓寬鈦及鈦合金的應用范疇做出了重要貢獻。

根據本發明第一方面的一些實施例，所述不銹鋼粉的質量分數為20％-28％。不銹鋼粉起到明顯的增韌作用，隨著不銹鋼粉含量逐漸提高，Ti含量相應下降，與基體結合強度變差，造成熔覆效果變差，更容易出現涂層脫落開裂問題。在上述不銹鋼粉的用量范圍內能更好地兼顧韌性和可熔覆性，并提高涂層厚度。

根據本發明第一方面的一些實施例，所述不銹鋼粉的粒度不粗于320目。