一种激光熔覆钛合金表面强化方法技术

本发明专利技术公开了一种激光熔覆钛合金表面强化方法，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TiC按NiCrBSi：TiC=50～100:0～50的体积比配制，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0.6～1.5mm，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减小涂层的热膨胀不匹配，降低残余应力，提高涂层性能。

【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TiC按NiCrBSi：TiC=50～100:0～50的体积比配制，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0.6～1.5mm，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。本专利技术能够减小涂层的热膨胀不匹配，降低残余应力，提高涂层性能。【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陶瓷颗粒TiC增强的Ni基复合涂层的激光熔覆钛合金表面强化方法。
技术介绍
目前钛合金激光熔覆最为广泛的研究工作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T1、Co、Ni基等几种。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 C Ng, Q H Li, et al.1n situ formation of titanium carbideusing titanium and carbon-nanotube powders by laser cladding.Applied SurfaceScience, 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。Molian等(参见:P A Molian, LHualum.Laser cladding of T1-6A1-4V with BN for improved wear performance.Wear, 1989，130:337-352)研究了 Ti_6Al_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。由上述可见，激光熔覆金属基复合涂层材料广泛，且不受通常的冶金热力学条件限制。但是钛与氧的亲和力极高，在熔覆层中易形成气孔；钛合金的热膨胀系数与熔覆材料中的合金和陶瓷材料相差较大，在加热和冷却过程中，熔覆层与基材之间的热胀冷缩不一致，使熔覆层与基材之间形成较大的热应力，导致熔覆层开裂。因此在钛合金表面获得高质量的激光熔覆层极为困难。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供，该方法能够减少或消除激光熔覆层中的裂纹和气孔，所得到的TiC增强Ni基复合涂层具有很高的耐磨性，且制备方法工艺过程简单，适合工业化生成。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:，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TiC按NiCrBS1:TiC=50~100:0~50的体积比配制，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0.6~1.5mm，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。所述NiCrBSi合金为Ni60，粒度为50~100 μ m ;所述TiC粉末的粒度10~100 μ m。在步骤四)之前步骤三)之后，将带有涂覆层的钛合金基材预热到120~160°C。在步骤一)之后步骤二)之前，对待熔覆表面进行钝化处理。所述步骤四)采用激光波长为10.6 μ m的横流CO2激光器照射涂覆层，激光器的输出功率P=2~5kW，光束扫描速度V=L O~12mm/s，光斑直径D=3~6mm ;在激光熔覆过程中采用氩气对熔池进行保护，氩气的流量为20~30L/min。所述钛合金基材为TC1、TC4和TC9中的任意一种。本专利技术具有的优点和积极效果是:采用由NiCrBSi合金粉末和TiC粉末组成的熔覆材料，将TiC陶瓷颗粒的高硬度和优异耐磨性与NiCrBSi合金的良好韧性结合起来，减小涂层的热膨胀不匹配，降低残余应力，提高涂层性能。并且，本专利技术在激光熔覆工序之前对带有涂覆层的钛合金基材进行了预热处理，减小了涂层中的热应力，因此能够减少或消除涂层中的裂纹，在激光熔覆加工过程中利用氩气保护，防止空气侵入，减少或消除涂层中的气孔。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术单道激光熔覆层横截面的形貌照片；图2为本专利技术单道激光熔覆层表面的形貌照片；图3为本专利技术多道激光熔覆层表面的形貌照片；图4为本专利技术激光熔覆层表层金相组织照片；图5为本专利技术激光熔覆层底层金相组织照片；图6为本发 明激光熔覆层与基材结合区金相组织照片；图7为本专利技术激光熔覆层显微硬度沿层深方向曲线图；图8为本专利技术激光熔覆层和钛合金基材磨损失重量比较图；图9为基材TC4合金真空环境中磨损表面形貌金相照片；图10为本专利技术激光熔覆层真空环境中磨损表面形貌金相照片。【具体实施方式】为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:本专利技术的设计思路:一)在保证激光熔覆层与钛合金基材冶金结合的前提下，将外加或者熔覆过程中原位形成的TiC陶瓷颗粒的高硬度和优异的耐磨性与NiCrBSi合金的良好韧性结合，减小涂层的热膨胀不匹配，降低残余应力，提高涂层耐磨性能。二)在熔覆前，对带有涂覆层的钛合金基材进行预热，以减小熔覆时的温升，进而减小因熔覆形成的热应力，减少或消除激光熔覆层中的裂纹。本专利技术从激光熔覆材料设计、钛合金基材表面预处理和激光熔覆工艺优化等方面进行了创新设计:一)激光熔覆材料的设计激光熔覆材料的设计必须考虑以下几个方面的问题:I)应具有较高的硬度和耐磨性能。2)激光熔覆材料与钛合金基材之间应具有良好的冶金相容性。根据上述原则，本专利技术采用由NiCrBSi合金粉末和TiC粉末组成的熔覆材料，在钛合金基材表面激光熔覆TiC粉末增强的Ni基复合材料耐磨涂层。二)钛合金基材的预处理钛与氧的亲和力很大，常温下就能与空气中的氧结合形成一层致密的氧化钛薄膜，且该氧化膜层很难彻底去除，影响熔覆层与基材之间的结合。为此，本专利技术采用机械方法和化学方法联合的去膜方法。三)激光熔覆方法的优化I)在激光熔覆过程中加强对熔化金属的保护，以防止周围空气的浸入；采用氩气对熔池进行保护。2)调控激光功率、激光束扫描速度和光斑直径等激光器工作参数，分析激光器的工作参数对熔覆层宏观和微观的质量影响，设计合理和最佳的工艺参数。本专利技术，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NiCrB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：