[发明专利]基于ZrO2

说明书

本发明公开了一种基于ZrO₂掺杂的激光熔覆金属‑陶瓷涂层材料，是由5～20wt%Ti粉、70～92wt%TiBCN陶瓷粉末和3～10wt%ZrO₂粉末混合制成。利用激光熔覆技术将本发明涂层材料熔覆在钛合金基体表面，可以吸收激光熔覆残余热应力的应变能量，减少应力集中造成的裂纹产生和延伸，提高熔覆涂层的断裂韧性，并增加熔覆涂层的强度和耐蚀性，以形成增韧金属‑陶瓷熔覆涂层。

技术领域

本发明属于复合陶瓷涂层材料技术领域，涉及一种金属-陶瓷涂层材料，特别是一种用于激光熔覆强化钛合金表面的增韧型金属-陶瓷涂层材料。

背景技术

激光熔覆涂层的成形属于快速凝固过程。残余热应力裂纹的产生及扩展，是快速凝固过程中普遍存在的缺陷。裂纹的产生原因很多，不同实验条件下的产生机制也不同，研究熔覆涂层的开裂行为，有助于控制和解决涂层开裂问题，从而得到高性能的金属-陶瓷复合涂层，为激光熔覆技术的工业化奠定基础。

一般理论认为，热应力在裂纹的整个开裂过程中起着重要作用，其在凝固温度附近形成热裂纹，并在热应力、组织因素及已有裂纹的综合作用下进一步扩展。在熔覆涂层材料中掺杂陶瓷进行增韧，是目前解决熔覆涂层裂纹的有效方法。

CN 106835126A公开了一种钛合金表面激光熔覆用陶瓷复合材料，由20～65wt%Ti粉、25～75wt% TiBCN陶瓷粉末和2～10wt% B₄C粉末混合制成。该陶瓷复合材料通过激光熔覆技术，能够在钛合金表面形成与钛合金基体冶金结合的复合陶瓷熔覆涂层，涂层硬度可达到钛合金基体的3.5～4.5倍，且涂层耐磨性得到明显提高，试样磨损率只有钛合金基体的1/3～1/4，较基体显著降低。

上述复合陶瓷熔覆涂层采用Ti+TiBCN粉末体系掺和B₄C制成，结合了陶瓷涂层与原位自生陶瓷涂层的优势，不仅熔覆涂层的硬度和耐磨性得到提高，而且减小了涂层的热膨胀性，降低了残余应力。然而，上述复合陶瓷熔覆涂层还是未能彻底解决熔覆过程中存在的裂纹缺陷问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ZrO₂掺杂的激光熔覆金属-陶瓷涂层材料，通过在涂层材料中添加ZrO₂，以增加对裂纹的控制，改善熔覆涂层的组织结构、力学特性，并增加熔覆涂层的强度和耐蚀性，提高熔覆涂层与钛合金基体材料结合的稳定性。

基于上述目的，本发明所述的激光熔覆金属-陶瓷涂层材料由以下质量百分含量的原料混合制成：

Ti粉　　　　　　　　 5～20wt%

TiBCN陶瓷粉末 　　　70～92wt%

ZrO₂粉末　　　　　　 3～10wt%。

具体地，本发明所述的激光熔覆金属-陶瓷涂层材料中，优选所述Ti粉、TiBCN陶瓷粉末和ZrO₂粉末的粒度为80～150目。

本发明所述的激光熔覆金属-陶瓷涂层材料可以采用下述方法制备得到：将筛分得到的粒度80～150目的Ti粉在100～300℃真空干燥1～2h，自然冷却，按照所述质量百分含量加入粒度80～150目的ZrO₂粉末和TiBCN陶瓷粉末，于球磨机中混合2～3h，100～300℃真空干燥1～2h，自然冷却。

使用本发明所述激光熔覆金属-陶瓷涂层材料，采用激光熔覆技术，可以在钛合金基体表面熔覆形成掺杂ZrO₂的增韧金属-陶瓷熔覆涂层。

优选地，所述待熔覆的钛合金基体表面需要先进行清洁处理和粗化处理，并真空预热至100～300℃。