一种激光熔覆钛合金表面自润滑涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种激光熔覆钛合金表面自润滑涂层的制备方法，包括以下步骤：一）钛合金基材待熔覆表面预处理：去除钛合金基材待熔覆表面的氧化膜；二）熔覆材料配制：熔覆材料配方是NiCrBSi合金粉末与Ni/MoS2粉末按50-95:5-50的质量比配制，并混合均匀；三）预置熔覆材料：首先将混合均匀的熔覆材料用具有挥发性的有机溶剂调成糊状，涂覆在钛合金基材的待熔覆表面，涂覆层厚度为0.6～2.0mm，然后将涂覆层烘干；四）激光熔覆：采用激光器照射涂覆层，使涂覆层熔覆在钛合金基材上。本发明专利技术能够解决因固体润滑剂的分解和蒸发造成的润滑性能降低问题，且能更好地发挥其润滑作用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括以下步骤：一）钛合金基材待熔覆表面预处理：去除钛合金基材待熔覆表面的氧化膜；二）熔覆材料配制：熔覆材料配方是NiCrBSi合金粉末与Ni/MoS2粉末按50-95:5-50的质量比配制，并混合均匀；三）预置熔覆材料：首先将混合均匀的熔覆材料用具有挥发性的有机溶剂调成糊状，涂覆在钛合金基材的待熔覆表面，涂覆层厚度为0.6～2.0mm，然后将涂覆层烘干；四）激光熔覆：采用激光器照射涂覆层，使涂覆层熔覆在钛合金基材上。本专利技术能够解决因固体润滑剂的分解和蒸发造成的润滑性能降低问题，且能更好地发挥其润滑作用。【专利说明】
本专利技术涉及一种激光金属表面加工技术，具体为一种利用高能密度激光束熔覆原位自生CrxSy润滑的Ni基复合涂层的激光熔覆钛合金表面自润滑涂层的制备方法。
技术介绍
目前钛合金激光熔覆的研究工作主要是围绕提高其耐磨性能而开展的，其中研究最为广泛的是陶瓷颗粒增强的金属基复合涂层。根据熔覆材料体系可将现有的研究大致分为以下两种。一种是以Ti或T1-6A1-4V合金与WC、Cr3C2, B4C、TiC, TiCN, CNT、BN的混合粉作熔覆材料，制备Ti基复合涂层。如张松(参见:张松，张春华，王茂才，等.TiC/Ti复合材料激光熔覆层的冲击磨粒磨损性能.金属学报，2002，38(10):1100-1104.)等以T1-Cr3C2作熔覆材料，在TC4合金表面获得了 TiC颗粒增强的Ti基复合涂层，涂层的抗冲击磨粒磨损性能比TC4合金提高了 2倍。Savalani等(参见:M M Savalani, C CNg, Q H Li, etal.1n situ formation of titanium carbide using titanium and carbon—nanotubepowders by laser cladding.Applied Surface Science,2012，258:3173 - 3177.)在纯钛表面激光熔覆Ti和碳纳米管，激光熔覆过程中Ti与碳纳米管发生反应，生成细小的TiC树枝晶，涂层的硬度和耐磨性能受碳纳米管含量的影响，随着碳纳米管含量的增加，硬度升高，耐磨性增加。另一种是以Ni基自熔性合金与B4C、Cr3C2, BN、TiN、石墨等的混合粉作熔覆材料，制备Ni基复合涂层。如Meng等(参见:Meng Qing ffu, Geng L, Zhang BY.Laser cladding of Ni—base composite coatings onto T1-6A1_4V substrates withpre-placed B4C+NiCrBSi powders.Surface and Coatings Technology, 2006, 200(16-17):4923-4928.)在Ti_6Al_4V合金表面激光熔覆NiCi*BSi+B4C，通过激光熔覆过程中B4C与Ti (来源于基材表层的熔化)之间的化学反应，获得了以TiB2和TiC为增强相的Ni基复合涂层，涂层平均硬度为 HV1300。Molian 等(参见:P A Molian, L Hualum.Laser claddingof Ti_6Al_4V with BN for improved wear performance.Wear, 1989，130:337-352)研究了 T1-6A1-4V合金表面NiCrCoAlY-BN激光熔覆层的硬度和磨损性能，结果表明，熔覆层的硬度随BN含量的增加而增大，最`高硬度为HV1200，磨损率比时效硬化和激光表面熔凝的钛合金降低了 I~2个数量级。激光熔覆金属基自润滑复合涂层兼具金属基体良好的耐磨性、韧性及固体润滑剂的减摩性能，其摩擦磨损行为取决于金属基体的成分、组织以及润滑剂的种类、体积分数、大小和分布等。Ni基合金是目前使用最广泛的基体材料，而二硫属化合物、六方BN、氟化物均可作为固体润滑剂使用。Yang等(参见:Maosheng Yang, Xiubo Liu, JiweiFan, et al.Microstructure and wear behaviors of laser clad NiCr/Cr3C2 - WS2hightemperature self-lubricating wear-resistant composite coating.AppliedSurface Science, 2012，258:3757 - 3762.)在 0Crl8Ni9 不锈钢表面激光熔覆 NiCr/Cr3C2-30%WS2高温自润滑涂层，并与NiCr/Cr3C2涂层进行了比较。结果表明，激光熔覆NiCr/Cr3C2 涂层由 Cr7C3 相和 Y-(Fe, Ni) /Cr7C3 共晶组成，而 NiCr/Cr3C2-30%WS2 涂层由Cr7C3> Y-(Fe, Ni)、(Cr, ff) C及少量WS2组成(在激光熔覆过程中WS2发生了分解和反应)，在室温、300°C和600°C下，NiCr/Cr3C2-30%WS2涂层的摩擦系数均小于NiCr/Cr3C2涂层的摩擦系数。Wang 等(参见:A H Wang, X L Zhang, X F Zhang.N1-based alloy/submicronWS2self-lubricating composite coating synthesized by Nd:YAG laser cladding.Materials Science and Engineering A, 2008，475:312 - 318.)米用 YAG 激光器在 45 钢表面熔覆Ni基WS2涂层，通过高能球磨制备纳米Ni包亚微米级WS2粉末来阻止激光熔覆过程中WS2的氧化、分解、蒸发，并改善WS2与Ni60基体的润湿性。结果表明:激光熔覆Ni60-WS2涂层的摩擦系数(0.36)比Ni45-ffS2-CaF2涂层(0.45~0.55)及Ν?60涂层(0.5~0.6)低，并且抗磨损能力也比激光熔覆Ni60涂层高3倍。刘秀波等(参见:刘秀波，石世宏，傅戈雁，等.Y-TiAl合金N1-Cr-C-CaF2复合材料激光熔覆.中国激光，2009，36 (6): 1591-1594.)在y -TiAl合金表面激光熔覆N1-Cr-C-CaF2自润滑涂层，虽然选用了较低的激光能量密度，但由于CaF2的熔点和密度较低，且与金属基体相容性较差，CaF2在一定程度上发生了上浮、分解和蒸发。Liu等的进一步研究表明，使用N1-P化学镀包覆CaF2的方法，可以改善CaF2与金属基体的润湿性，并降低其在激光辐照时的分解和蒸发程度，使一定数量的CaF2保留在涂层中。 由上述可见，激光熔覆自润滑涂层材料广泛，且不受通常的冶金热力学条件限制。但是，由于激光熔覆加热温度高，加之固体润滑剂的热稳定性较差，在激光熔覆过程中大部分固体润滑剂将发生分解和蒸发，只有少量润滑剂保留在涂层中，大大降低了涂层的自润滑性能。尽管人们采取了优化激光熔覆工艺参数、对固体润滑剂粉末进行包覆处理等措施，但这些措施只能在一定程度上降低润滑剂的分解和蒸发，与期望的效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光熔覆钛合金表面自润滑涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：一）钛合金基材待熔覆表面预处理：去除钛合金基材待熔覆表面的氧化膜；二）熔覆材料配制：熔覆材料配方是NiCrBSi合金粉末与Ni/MoS2粉末按50‑95:5‑50的质量比配制，并混合均匀；三）预置熔覆材料：首先将混合均匀的熔覆材料用具有挥发性的有机溶剂调成糊状，涂覆在钛合金基材的待熔覆表面，涂覆层厚度为0.6～2.0mm，然后将涂覆层烘干；四）激光熔覆：采用激光器照射涂覆层，使涂覆层熔覆在钛合金基材上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙荣禄，牛伟，雷贻文，唐英，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12