[发明专利]用于钛合金表面激光熔覆的材料及激光熔覆方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钛合金表面激光熔覆的材料及激光熔覆的方法，属于材料表面强化技术领域。

背景技术

钛合金具有高比强，高比模量和优异耐蚀性等特点，已被广泛应用于航空航天等领域。但钛合金的表面耐磨性差，限制了其潜能的发挥。激光熔覆技术可以修复各种失效的零件，如航空发动机叶片等。采用激光技术熔覆陶瓷涂层或陶瓷颗粒增强的复合材料涂层是提高钛合金表面耐磨性能有效途径，可使激光熔覆层与钛合金基体结合起来，形成具有良好强韧性的激光熔覆层。目前在钛合金表面激光熔覆的合金系主要是镍基、钴基，由于钴基、镍基等属于国防战略材料，其生产成本高，且镍基涂层的缺陷如气孔、裂纹较多。

本发明目的是研究在TA2钛合金表面激光熔覆其他合金系，从而达到强化钛合金表面的目的。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种能够降低生产成本、增强钛合金表面硬度与耐磨性的钛合金表面激光熔覆的材料及激光熔覆方法。

本发明中的用于钛合金表面激光熔覆的材料所采用的技术方案是：一种用于钛合金表面激光熔覆的材料，其特殊之处是：它是由Fe₃Al粉末和TiC-TiB₂陶瓷硬质相粉末按比例混合而成，其质量比为：Fe₃Al粉占63%～86%，TiC-TiB₂粉末占14%～37%。

为了进一步增强钛合金表面的硬度与耐磨性，所述的TiC-TiB₂粉末中的TiC和TiB₂的质量分数比例为：1:1。

本发明中的Fe₃Al在激光熔覆时，部分Fe₃Al会分解出Fe与Al，Al可与激光熔池中的Ti发生化学反应，生成Ti₃Al或TiAl，从而大大增强钛合金表面的显微硬度与耐磨性能。而加入的TiC-TiB₂粒子可进一步增强钛合金表面的显微硬度与耐磨性，这对于钛合金表面的强化具有重要的作用。

本发明的激光熔覆方法所采用的技术方案是：一种钛合金表面激光熔覆方法，其包括如下步骤：

（1）清理钛合金表面，并拭净、吹干；

（2）用水玻璃溶液将Fe₃Al粉末和TiC-TiB₂陶瓷硬质相粉末按比例混合均匀调成糊状，所述Fe₃Al粉末和TiC-TiB₂陶瓷硬质相粉末的质量比为：Fe₃Al粉占63%～86%，TiC-TiB₂粉末占14%～37%；

（3）将上述的糊状混合物粉末涂敷在钛合金基体表面上，自然风干；

（4）用激光束对预涂Fe₃Al和TiC-TiB₂混合物粉末的钛合金表面进行激光熔覆，激光束垂直扫描并在扫描过程中侧向吹送氩气保护，同时同轴吹送氩气以保护镜筒，工艺参数为：激光功率0.9-1.5 kW, 扫描速度2.5～7.5 mm/s，光斑直径2～6 mm,氩气保护气压为0.3MPa。

所述步骤（3）中的涂层厚度为0.4～1.3 mm；

所述的TiC-TiB₂粉末中的TiC和TiB₂的质量分数比例为：1:1。

所述Fe₃Al粉的粒度为10目-300目，TiC-TiB₂粉末的粒度为10目-300目。

所述水玻璃溶液中的纯水玻璃与水的体积配置比例为：1：3。

所述步骤（1）中的清理钛合金表面包括先进行机械清理然后进行化学清理，所述机械清理是用金相砂纸打磨钛合金的待熔表面，使其表面粗糙度达到Ra 1.6～6.4μm；所述化学清理是采用体积百分比为10%的硫酸或10%～15%盐酸水溶液对钛合金待熔表面进行清洗，酸洗时间为5～10 min。