[发明专利]一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含无氧区Al‑Si‑V‑Nb钛合金耐磨涂层及其制备方法，解决钛合金的耐磨性问题。该涂层的成分Si元素的质量百分含量为10‑25%，V元素的质量百分含量为0.5‑4%，Nb元素的质量百分含量为0‑5%，其余为Al元素。该涂层具有良好的耐磨性能，涂层组织分为三个明显区域，即表层区域组织、无氧区域组织及基体区域组织。本发明采用激光沉积技术制备钛合金耐磨涂层，工艺方法简单，工艺过程可控制，且涂层质量好。

技术领域

本发明属于钛合金耐磨涂层制备技术领域，具体涉及一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金因比重小、比强度高、耐蚀、耐高温、无磁、可焊等优异综合性能，在航天、航空、石油、化工等中被广泛使用。同时，钛合金具有高的耐高温及低温性能，被人们称作“现代金属”、“太空金属”等。然而，钛合金因其摩擦系数较大而耐磨性比较差，故在摩擦磨损工况条件下钛合金的应用被严重受到限制。因此，钛合金耐磨涂层及其制备技术已成为钛合金表面强化领域的研究热点之一，是本领域一直渴望而仍未很好解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层及其制备方法，解决现有技术中钛合金的耐磨性较差的问题。该涂层成分为，Si元素的质量百分含量为10-25%，V元素的质量百分含量为0.5-4%，Nb元素的质量百分含量为0-5%，其余为Al元素。该涂层的组织分为三个明显区域，即表层区域组织、无氧区域组织及基体区域组织。该涂层具有良好的耐磨性能，涂层表层区域的硬度明显低于钛合金基体硬度，涂层与基体冶金结合区域（无氧区）的硬度总体略高于钛合金基体，但合金涂层耐磨性却较钛合金基体大幅提高。与传统钛合金耐磨涂层不同，本发明避开了依赖提高涂层硬度来提高耐磨性的传统做法，而是通过制备软基体及在其弥散分布的细小硬质相来改善钛合金耐磨性。其突出优点是较低硬度的涂层基体能够保证合金涂层具有优秀的韧性，不必担心涂层硬度高韧性不足的问题。

本发明的另一目的在于提供一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层的制备方法，制备方法采用激光沉积制备技术，该工艺方法易实现，工艺过程可控制，工艺成型质量高。

本发明的技术方案是：

一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层，Si元素的质量百分含量为10-25%，V元素的质量百分含量为0.5-4%，Nb元素的质量百分含量为0-5%，其余为Al元素。

所述的一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层，其特征在于：涂层组织分为三个明显区域，即表层区域组织、无氧区域组织及基体区域组织。涂层表层区域的组织成分为初生Si组织、（a-Al+Si）共晶组织、b-Ti-V固溶体、Si-Nb化合物以及a-Al基体；在涂层与基体熔合区中存在明显无氧区，无氧区的组织为b钛合金固溶体及其上分布着细小原位Si相、Ti-Al、Ti-Si及Si-Nb金属间化合物；而基体区域为钛合金组织。

所述的一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层，其特征在于：所述涂层与基体完全呈现冶金过渡结合，熔覆涂层表面显微硬度为100-150HV，耐摩擦磨损性能是基体的2-3倍；涂层-基体冶金结合区（无氧区）硬度为110-650HV，耐摩擦磨损性能是基体的3-6倍。

所述的一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层，其特征在于：涂层与基体冶金结合区存在5-20mm的无氧区，该无氧区具有较高的韧性。

所述的一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于：选用Al-Si-V-Nb合金粉末，采用激光沉积技术进行熔覆，形成涂层。

所述的一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述的激光沉积功率为800-1200 W，氩气的流量为10-15mL/min，扫描速度为1-3 mm/s，离焦量为8-10 cm。

本发明的设计思想是：