一种TC4/TiC激光熔覆复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TC4/TiC激光熔覆耐磨、耐腐蚀的复合涂层的制备方法，所述TC4/TiC激光熔覆耐磨、耐腐蚀复合涂层是以纯钛板为基本，其中，复合涂层由以下重量份的组份制得：TiC粉末0~38份、TC4钛合金粉末65~75份。本发明专利技术通过预处理将基体表面清洁后，将混合粉末通过同轴送粉激光熔覆的方式熔覆于基体表面，并于室温条件下快速冷却形成一层耐磨、耐腐蚀的复合涂层。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单，大大节省了原材料，降低了成本，而且各制备环节精准易控，制备出的复合涂层性能稳定、质量均一可靠，适用于大规模的工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种TC4/TiC激光熔覆复合涂层的制备方法
本专利技术涉及激光增材制造
，更具体地，涉及一种TC4/TiC激光熔覆复合涂层的制备方法。
技术介绍
磨损是金属机械零件失效的较常见的一种方式。据统计，现代工业迫切需要能在恶劣磨损工况、高温、高速摩擦磨损等情况下有效工作的零件。激光熔覆技术作为新兴的零件加工和表面改型技术中常用的工艺技术，由于其具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点，同时激光熔覆技术应用到表面处理上，可以极大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能，可以极大提高材料的使用寿命，目前被广泛引用于各机械零件制造领域。激光熔覆技术由于熔覆过程中易出现熔覆层不均匀、有气孔和开裂等现象，导致熔覆层质量不稳定，因此在国内尚未完全实现产业化。熔覆过程容易出现气孔、开裂、或者成分偏析等现象，在抗腐蚀、抗磨损等机械零件的制造领域对产品的影响尤其突出。激光熔覆过程中加热和冷却的速度极快，由于熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数间存在差异，因此有可能在熔覆层中产生多种缺陷，主要包括气孔、裂纹、变形和表面不平度。现有的TC4钛合金激光熔覆涂层硬度不是很高，而且还会出现大量的裂纹与气孔，因此不能保证在极为严重的磨粒磨损工况下零件的使用寿命；另外，激光熔覆常用的粉末中多含有铬，因此极易对环境造成污染。故目前亟需提供一种操作简单、安全环保、稳定性好且可获得耐磨、耐腐蚀的激光熔覆复合涂层的制备方法，进一步促进激光熔覆技术在国内的产业化发展。
技术实现思路
本专利技术主要针对现有技术中熔覆涂层不稳定、耐磨性和抗腐蚀性差的问题，提供一种工艺简单、绿色环保、耐磨、抗腐蚀的TC4/TiC激光熔覆复合涂层的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供的TC4钛合金激光熔覆增强涂层的制备方法中激光熔覆的基体为纯钛板；所述复合涂层由以下重量份的组份制得：TiC粉末0～38份、TC4钛合金粉末65～75份。在非合金的状态下的纯钛板的强度跟某些钢相若，但比钢还要轻45％，纯钛板的力学性能及化学性能与不锈钢相近，比起钛合金要好，抗氧性能也较好，因此纯钛板做基本时韧性好，强度高，涂层不容易开裂，还具备优异的抗腐蚀性。TiC含量过高，在熔覆过程中很容易出现开裂现象，而TiC粉末和TC4钛合金粉末以0～38∶65～75的质量比混合时能最大限度排出气泡，防止熔覆过程中开裂。优选地，所述复合涂层由以下重量份的组份制得：TiC粉末20～35份、TC4钛合金粉末68～72份。进一步地，所述TiC粉末的粒度为：30～70μm；所述TC4钛合金粉末的粒度为：40～100μm。优选地，所述TiC粉末的粒度为：42～58μm；所述TC4钛合金粉末的粒度为：62～79μm。粉体粒径过大，同轴送粉激光熔覆时容易造成输料管堵塞，过小则容易引起偏析严重，导致涂层性能不稳定。本专利技术提供的TC4/TiC激光熔覆复合涂层的制备方法，具体包括以下制备步骤：S1.预处理：将激光熔覆的基体表面用砂纸打磨光洁，再用有机清洗剂清洁表面；S2.备料：将TiC粉末和TC4钛合金粉末分别充分干燥后，按质量比混合均匀而制成混合粉末；S3.激光熔覆：将步骤S2中所得的混合粉末在通入保护气体的条件下，通过同轴送粉激光熔覆于步骤S1处理后的基体表面，室温条件下快速冷却形成一层复合涂层。进一步地，步骤S1中所述有机清洗剂为有机醇、有机醚、有机酮、有机苯中的一种。优选地，步骤S1中所述有机清洗剂为浓度为95％的乙醇，清洗时间为5min。进一步地，步骤S1中所述砂纸目数为400～800目，打磨时间为15～40min。优选地，步骤S1中所述砂纸目数为560～620目，打磨时间为22～35min。优选地，步骤S1中所述砂纸目数为600目，打磨时间为30min。进一步地，步骤S2中所述干燥温度为60～90℃，干燥时间为20～35min。优选地，步骤S2中所述干燥温度为80℃，干燥时间为30min。进一步地，步骤S3中所述保护气体为氩气、氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种。进一步地，步骤S3中所述保护气体流量为32～40L/h，所述同轴送粉量为0.8～1.8r/min，所述激光熔覆时的光斑宽度为4～8mm、激光功率为400～800W、扫描速度为5～9mm/s、搭接率为43～55％。本专利技术选取合适的激光熔覆参数，在特定送粉量、光斑宽度、激光功率、扫描速度条件下，有效避免了涂层产生气孔，防止涂层开裂，保障涂层的致密性。优选地，步骤S3中所述保护气体流量为35L/h，所述同轴送粉量为1.4r/min，所述激光熔覆时的光斑宽度为5mm、激光功率为600W、扫描速度为8mm/s、搭接率为50％。搭接率过小会导致成形件表面凹凸不平，这种凹凸不平容易在上下成形层之间形成孔洞等缺陷，降低成形件的致密度，甚至造成层间开裂。搭接率过大会造成成形层的表面呈现出凸起的斜坡，本专利技术中当搭接率为50％左右时，成形表面平整，能够连续稳定成形。进一步地，步骤S3中所述复合涂层厚度为0.1～2mm。优选地，步骤S3中所述复合涂层厚度为1mm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以纯钛板作为熔覆的基体，将TiC与TC4按特定比例混合后所得的金属粉末气孔极少，有效改善熔覆过程中涂层开裂的现象，极大的促进了纯钛板与金属粉末的熔覆，使得激光熔覆与基体结合更完美，结合区域几乎无任何裂纹与气孔，致密性好。纯钛板韧性好，熔覆过程可以有效改善因增加TiC粉末的含量而出现开裂的情况，因此纯钛板做基体时韧性好，强度高，涂层不容易开裂，还具备优异的抗腐蚀性。本专利技术中的TC4钛合金粉末相比于其他合金粉末，不仅拥有良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用，而且其成分中不含铬，在实验或生产中不会对环境造成污染；TiC不仅韧性好、硬度高、抗冲击载荷及抗磨粒磨损能力强，与基体金属结合具有较好的抗界面腐蚀磨损性能，而且与镍基金属液润湿性好，与其他金属陶瓷颗粒(如碳化钨等)相比易于获得。本专利技术通过同轴送粉进行激光熔覆，一方面使得金属混合粉末能够均匀的分散在整个复合涂层中，减少偏聚和分散不均匀的现象，另一方面在提高涂层各部分的性能的同时保障各部分性能均一，性能稳定。同轴送粉可以说是一种位置精确送粉方式，实验过程浪费少，利用率高，工艺简单、易于操作，大大节省了原材料，降低了成本，而且各制备环节精准易控，制备出的复合涂层性能稳定、质量均一可靠，适用于大规模的工业生产。激光熔覆用合金粉末既有较高的硬度、又有优异的耐磨性和耐腐蚀性；激光熔覆过程采用保护气体保驾护航，使得熔覆涂层不会发生氧化现象，大幅度提高了产品的质量。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的激光熔覆复合涂层的SEM金相图；图2为本专利技术实施例1、实施例2和实施例3制备的激光熔覆复合涂层的磨损量图；图3为本专利技术实施例1、实施例2和实施例3制备的激光熔覆复合涂层的显微硬度图；图4为本专利技术实施例1、实施例2和实施例3制备的激光熔覆复合涂层的极化曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术提供的TC4钛合金激光熔覆增强涂层的制备方法进一步详细说明。除非特别说明，本专利技术实施例使用的各种原料均可以通过常规市购得到，或根据本领域的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TC4/TiC激光熔覆复合涂层，其特征在于，所述激光熔覆的基体为纯钛板；所述复合涂层由以下重量份的组份制得：TiC粉末0~38份、TC4钛合金粉末65~75份。

【技术特征摘要】
1.一种TC4/TiC激光熔覆复合涂层，其特征在于，所述激光熔覆的基体为纯钛板；所述复合涂层由以下重量份的组份制得：TiC粉末0~38份、TC4钛合金粉末65~75份。2.根据权利要求1所述的TC4/TiC激光熔覆复合涂层，其特征在于，所述TiC粉末的粒度为：30～70μm。3.根据权利要求1所述的TC4/TiC激光熔覆复合涂层，其特征在于，所述TC4钛合金粉末的粒度为：40～100μm。4.一种TC4/TiC激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，具体包括以下制备步骤：S1.预处理：将激光熔覆的基体表面用砂纸打磨光洁，再用有机清洗剂清洁表面；S2.备料：将TiC粉末和TC4钛合金粉末分别充分干燥后，按质量比混合均匀而制成混合粉末；S3.激光熔覆：将步骤S2中所得的混合粉末在通入保护气体的条件下，通过同轴送粉激光熔覆于步骤S1处理后的基体表面，室温条件下快速冷却形成一层复合涂层。5.根据权利要求4所述的TC4/TiC激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述有机清洗剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳建君，覃喆华，范才河，王银，程畅栋，吴艳辉，孙斌，欧玲，蹇海根，张楠，
申请(专利权)人：湖南工业大学，株洲辉锐增材制造技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43