[发明专利]一种激光制备TA2钛合金非晶增强防护层的方法

说明书

本发明公开了一种激光熔化沉积制备TA2钛合金非晶增强防护层的方法。采用同轴送粉法在氩气环境中将一定质量比例Stellite156‑B₄C‑Zn混合粉末激光熔化沉积于TA2钛合金表面，形成激光熔化沉积涂层；后将La₂O₃粉末激光重熔于该沉积层表面，形成激光重熔层。结果表明，La₂O₃可有效抑制粗大枝晶形成，促进非晶相在激光重熔层中产生。高温氧化试验结果表明，Stellite156‑B₄C‑Zn‑La₂O₃激光重熔层的耐高温氧化性能明显优于Stellite156‑B₄C‑Zn激光熔化沉积层与TA2基材。本发明可在TA2钛合金表面获得组织结构致密且具有强耐高温氧化性能的非晶增强激光重熔层。

技术领域

本发明涉及一种激光熔化沉积制备TA2钛合金非晶增强防护层的方法，属于材料表面强化技术领域，特别涉及采用一种激光重熔La₂O₃增强激光熔化沉积Stellite156-B₄C-Zn复合材料的方法。

背景技术

机械零件失效通常是先从表面开始的，表面失效可导致巨大的经济损失和资源浪费。在零件表面采用激光熔化沉积技术制备防护层可有效达到表面防护效果，但所制备沉积层内部仍存在较多缺陷，往往无法满足实际生产需要，对沉积层进行激光重熔处理可明显改善其组织性能。激光重熔是一种先进的表面改性技术，可有效消除激光熔化沉积层中的孔隙和裂纹等缺陷，增加晶界数量并获得细晶组织结构，增强沉积层与基材之间的结合强度，获得具有优异组织性能的激光重熔层。Stellite156合金由于其高温强度、良好的抗热腐蚀性及抗氧化能力，已广泛应用于航空航天零部件制备及修复；B₄C陶瓷具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点，有极强的耐磨性。Zn可在Co基激光熔池中催生纳米晶形成，增强所制备激光熔化沉积材料的力学性能；适量La₂O₃添加可有效提升液态金属流动性，减少缺陷形成倾向，适用于制备组织结构均匀致密的激光熔化沉积层。

发明内容

基于上述科学原理，本发明提出一种能够制备具有优异性能激光重熔复合层的方法，选用TA2钛合金基材进行激光熔化沉积及激光重熔处理。将一定质量比例Stellite156-B₄C-Zn混合粉末采用同轴送粉工艺激光熔化沉积于TA2钛合金表面。SEM图表明，Stellite156-B₄C-Zn激光熔化沉积层含有大量棒状TiB及块状TiB₂陶瓷析出物（见图1a，b）；图1c表明， Stellite156-B₄C-Zn激光熔化沉积层中包含许多细小颗粒，与细长枝晶一起弥散分布于网状奥氏体基底，利于细化沉积层组织，该沉积层与基材呈较好冶金结合。

如图2a所示，Stellite156-B₄C-Zn-La₂O₃激光重熔层经腐蚀后组织结构较为不清晰，这主要归因于之前形成激光熔化沉积层在激光重熔La₂O₃作用下产生大量非晶相；La₂O₃可有效抑制粗大枝晶形成，利于组织结构细化（见图2b）；该区域对应高分辨透射电镜（HRTEM）证实，大量非晶及纳米晶相产生于激光重熔层中，可有效提升基材表面性能（见图2c）。

图3表明，Stellite156-B₄C-Zn-La₂O₃激光重熔层的高温氧化增重远比Stellite156-B₄C-Zn激光熔化沉积层的低。