[发明专利]一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层材料制备技术领域，具体涉及一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法。

背景技术

钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好及优异的高温力学性能等优点，在航空航天、海洋工程、石油化工和医疗等领域的应用日益广泛。但由于耐磨性差及高温抗氧化性差等缺点限制了其在工业中的进一步应用。近年来主要通过表面改性技术赋予钛合金表面高硬度以及高耐磨性，但很多传统的表面处理技术存在着各式各样的问题需要解决：如离子注入等强化层较浅，渗碳、渗硼和渗氮等方式处理周期长，工件易变形，热喷涂存在着组织结构疏松、与基体结合强度差以及在使用过程中易剥离等缺点。激光处理与传统表面处理方法相比较有许多优点，包括与基体冶金结合、工件变形小，可以选择性的处理工件特定表面等。

在钛合金表面进行大面积激光表面处理制备涂层后经电子显微镜观察发现涂层表面常常伴有裂纹的存在，裂纹主要是由于激光熔化过程拉应力的积聚产生的，裂纹是激光表面处理工艺的一个主要问题，造成涂层在摩擦磨损中发生脱落，从而导致加速磨损。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，该方法采用激光熔覆过程中熔覆点在钛合金表面呈矩形点阵分布或菱形点阵分布的方式，在钛合金表面形成由略微凸起的熔覆点构成的耐磨涂层，该熔覆点的硬度值非常高，因此在磨损过程中可以有效阻止钛合金表面塑性变形的积累，减少钛合金表面由于塑性变形而产生的磨损。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将陶瓷粉末和镍基自熔性合金粉末按质量比1:(1～10)混合均匀，得到熔覆粉末，然后对所述熔覆粉末进行真空干燥处理；所述陶瓷粉末为碳化钨粉末、氮化硼粉末或碳化钛粉末；

步骤二、采用同步送粉的方式，按照预设的点阵扫描轨迹，在气压为0.01MPa～1MPa的氩气保护气氛下，将步骤一中所述熔覆粉末在钛合金表面进行激光熔覆，得到由呈点阵分布的熔覆点构成的耐磨涂层；所述激光熔覆的激光功率为100W～10000W，光斑直径为0.1mm～6mm，送粉率为1g/min～30g/min，所述预设的点阵扫描轨迹为矩形点阵扫描轨迹或菱形点阵扫描轨迹。

上述的一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述镍基自熔性合金粉末为Ni25A镍基自熔性合金粉末、Ni45镍基自熔性合金粉末、Ni60A镍基自熔性合金粉末或Ni65A镍基自熔性合金粉末。

上述的一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述真空干燥处理的温度为80℃～100℃，时间为2h～3h。

上述的一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述陶瓷粉末和镍基自熔性合金粉末的质量比为1:(5～10)。

上述的一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末和镍基自熔性合金粉末的质量比为1:10。

上述的一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤二中相邻两个熔覆点之间的距离为所述光斑直径的1～5倍。

上述的一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述熔覆点呈半球冠状，所述熔覆点的顶端距钛合金表面的距离为5μm～300μm。

上述的一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述激光熔覆的激光功率为400W～5000W，光斑直径为1mm～3mm，送粉率为5g/min～30g/min。

上述的一种在钛合金表面制备耐磨涂层的方法，其特征在于，所述激光熔覆的激光功率为2000W，光斑直径为2mm，送粉率为10g/min。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用激光熔覆过程中熔覆点在钛合金表面呈矩形点阵分布或菱形点阵分布的方式，在钛合金表面形成由略微凸起的熔覆点构成的耐磨涂层，该熔覆点的硬度值非常高，因此在磨损过程中可以有效阻止钛合金表面塑性变形的积累，减少钛合金表面由于塑性变形而产生的磨损。

2、本发明针对传统激光表面处理层容易开裂的技术瓶颈问题，利用激光熔覆后形成的略微凸起的熔覆点将钛合金表面的基体组织分割成不连续的小区域，整体形成高硬度、耐磨损的涂层。

3、本发明极大的加快了激光熔覆表面处理的速度，有效的控制了钛合金基材的变形及热影响，具有稳定性好、适用范围广且成本低的优点，适宜于大规模工业化生产。