一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，该方法为：一、钛合金表面预处理，去除表面氧化膜；二、将金属和立方氮化硼粉末混合均匀，得到混合粉末；三、然后向混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液搅拌均匀，得到熔覆材料；四将熔覆材料预置于钛合金基材表面，烘干后得到预置层；五、对具有预置层的钛合金基材表面进行激光熔覆处理，制备得到金属/六方氮化硼复合涂层。本发明专利技术通过激光熔覆过程产生的热量使立方氮化硼在熔覆过程中原位发生晶型转变生成六方氮化硼，克服直接熔覆六方氮化硼出现其分解的缺陷，在钛合金表面制备得到金属/六方氮化硼复合涂层，降低钛合金的摩擦系数。

【技术实现步骤摘要】
一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法
本专利技术属于钛合金基材表面涂层
，具体涉及一种在钛合金表面制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法。
技术介绍
钛合金由于比强度高、耐腐蚀性能优异及相对较好的高温力学性能等特点，是航空、航海、化工及生物等工业部门应用的重要材料之一，但钛合金的耐磨性差，当用作摩擦部件时，易产生磨损，造成部件失效。为提高钛合金的耐磨性，需要对钛合金进行表面处理。提高钛合金耐磨性能的方法较多，化学热处理可通过钛合金表面渗碳、渗氮形成TiC、TiN等硬化层改善耐磨性，但化学热处理需要对工件进行整体加热和长时间保温，会影响基体材料的显微组织，进而影响其力学性能，而且也会因热应力造成工件变形；电镀、化学镀可在钛合金表面制备Cr、Ni-P等耐磨层，但电镀、化学镀对环境具有高污染性，目前正在被其它工艺所取代；物理气相沉积(PVD)技术可在钛合金表面制备二元或多元氮化物层，改善表面耐磨性，但PVD技术制备的涂层较薄，绕镀性较差，并且需要真空系统及蒸发源，设备相对复杂；热喷涂技术可制备厚度较高(几百微米以上)的碳化物、氧化物陶瓷耐磨层，改善耐磨性，但由于热喷涂涂层是机械结合，结合强度较低，涂层易剥落。激光熔覆是材料表面改性技术的一种重要方法，它是利用高能密度激光束将具有不同成份、性能的合金与基材表面快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成份和性能的合金层的快速凝固过程，制备的熔覆层与基材为冶金结合。激光熔覆技术有如下特点：由于激光熔覆时的高能激光束的快速扫描加热特性，制备的熔覆层凝固时冷却速度快，组织细小；工艺灵活，可以进行局部熔覆；熔覆层与基体之间为冶金结合。六方氮化硼陶瓷由于具有层状结构，是很好的减摩材料，但因六方氮化硼陶瓷在高温下极易发生烧损，很难采用激光熔覆技术直接制备六方氮化硼陶瓷熔覆层，目前没有相关的研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法。该方法通过激光熔覆处理过程产生的热量使钛合金基材表面预置层中的立方氮化硼发生原位结构转变生成六方氮化硼，克服现有技术中不能通过激光技术制备六方氮化硼涂层的缺陷，在钛合金表面制备得到金属/六方氮化硼复合涂层。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对钛合金基材进行表面预处理去除表面氧化膜；步骤二、将金属粉末和立方氮化硼粉末混合均匀，得到混合粉末，然后向所述混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液搅拌均匀，得到糊状的熔覆材料；所述混合粉末中金属粉末的质量百分含量为30％～60％，余量为立方氮化硼粉末；步骤三、将步骤二中所述熔覆材料预置于步骤一中去除表面氧化膜后的钛合金基材表面，烘干后在钛合金基材表面得到预置层；所述预置层的厚度为1mm～3mm；步骤四、在惰性气体气氛保护下对步骤三中具有预置层的钛合金基材表面进行激光熔覆处理，在钛合金基材表面制备得到金属/六方氮化硼复合涂层；所述激光熔覆处理的激光功率为1kW～3kW，光斑直径为3mm～6mm，扫描速度为300mm/min～500mm/min。上述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述表面预处理的具体过程为：将钛合金基材置于酸液中进行酸洗去除表面氧化膜，所述酸液由氢氟酸溶液、硝酸溶液和水按体积比(3～6)：(6～8)：100的比例混合而成，所述氢氟酸溶液的质量百分浓度为39％～41％，所述硝酸溶液的质量百分浓度为68％～70％。上述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述金属粉末为镍粉、钴粉、镍铬粉或镍铬铝粉。上述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述金属粉末的粒度为40μm～70μm，所述立方氮化硼粉末的粒度为40μm～70μm。上述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为80g/L～120g/L。上述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述熔覆材料中混合粉末的质量百分含量为80％～90％。上述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤三中所述烘干的温度为100℃～120℃，时间为1.5h～3h。上述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤四中所述激光熔覆处理的激光功率为1.5kW～3kW，光斑直径为4mm～6mm，扫描速度为300mm/min～400mm/min。上述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，所述激光熔覆处理的激光功率为2kW，光斑直径为3mm，扫描速度为300mm/min。上述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤四中所述惰性气体为氩气，所述氩气的流量为15L/min。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术通过在钛合金基材表面激光熔覆含有金属和立方氮化硼的熔覆材料，利用立方氮化硼在高温下可原位转变生成六方氮化硼的特性，通过激光束扫描过程中产生的热量使立方氮化硼原位转变为六方氮化硼，在钛合金表面制备金属/六方氮化硼复合涂层，通过复合涂层中六方氮化硼降低钛合金的摩擦系数。2、本专利技术利用六方氮化硼具有较好的减摩作用，通过激光熔覆处理的工艺过程在钛合金基材表面制备得到金属/六方氮化硼复合涂层，且实现了复合涂层与钛合金基材的冶金结合。本专利技术在钛合金基材表面制备得到的金属/六方氮化硼复合涂层的摩擦系数不高于0.2。3、本专利技术利用激光熔覆处理时高能束快速扫描加热特性在钛合金基材表面制备得到与基材冶金结合的金属/六方氮化硼复合涂层，制备工艺简单、稳定性好、可靠性高、适用范围广，适于大规模工业化生产。下面通过实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明。具体实施方式实施例1本实施例在TC4钛合金基材表面制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法包括以下步骤：步骤一、对TC4钛合金基材进行表面预处理去除表面氧化膜；所述表面预处理的具体过程为：先采用常规的金属清洗剂对TC4钛合金基材表面清洗除油，除油后将TC4钛合金基材置于酸液中进行酸洗去除表面氧化膜，然后清洗吹干，所述酸液由氢氟酸溶液、硝酸溶液和水按体积比3:6:100混合而成，所述氢氟酸溶液的质量浓度为40％，所述硝酸溶液的质量浓度为69％；步骤二、将镍粉和立方氮化硼粉末混合均匀，得到混合粉末，然后向所述混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液搅拌均匀，得到糊状的熔覆材料；所述混合粉末中镍粉的质量百分含量为30％，余量为立方氮化硼粉末，所述聚乙烯醇水溶液的浓度为100g/L，所述熔覆材料中混合粉末的质量百分含量为85％，所述立方氮化硼粉末的粒度为40μm～70μm，所述金刚石粉末的粒度为40μm～70μm；步骤三、将步骤二中所述熔覆材料预置于步骤一中去除表面氧化膜后的TC4钛合金基材表面，烘干后在TC4钛合金基材表面得到预置层；所述预置层的厚度为2mm，所述烘干的温度为110℃，时间为2.5h；步骤四、在氩气气氛保护下采用CO2激光器对步骤三中具有预置层的TC4钛合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对钛合金基材进行表面预处理去除表面氧化膜；步骤二、将金属粉末和立方氮化硼粉末混合均匀，得到混合粉末，然后向所述混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液搅拌均匀，得到糊状的熔覆材料；所述混合粉末中金属粉末的质量百分含量为30％～60％，余量为立方氮化硼粉末；步骤三、将步骤二中所述熔覆材料预置于步骤一中去除表面氧化膜后的钛合金基材表面，烘干后在钛合金基材表面得到预置层；所述预置层的厚度为1mm～3mm；步骤四、在惰性气体气氛保护下对步骤三中具有预置层的钛合金基材表面进行激光熔覆处理，在钛合金基材表面制备得到金属/六方氮化硼复合涂层；所述激光熔覆处理的激光功率为1kW～3kW，光斑直径为3mm～6mm，扫描速度为300mm/min～500mm/min。

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对钛合金基材进行表面预处理去除表面氧化膜；步骤二、将金属粉末和立方氮化硼粉末混合均匀，得到混合粉末，然后向所述混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液搅拌均匀，得到糊状的熔覆材料；所述混合粉末中金属粉末的质量百分含量为30％～60％，余量为立方氮化硼粉末；步骤三、将步骤二中所述熔覆材料预置于步骤一中去除表面氧化膜后的钛合金基材表面，烘干后在钛合金基材表面得到预置层；所述预置层的厚度为1mm～3mm；步骤四、在惰性气体气氛保护下对步骤三中具有预置层的钛合金基材表面进行激光熔覆处理，在钛合金基材表面制备得到金属/六方氮化硼复合涂层；所述激光熔覆处理的激光功率为1kW～3kW，光斑直径为3mm～6mm，扫描速度为300mm/min～500mm/min。2.按照权利要求1所述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述表面预处理的具体过程为：将钛合金基材置于酸液中进行酸洗去除表面氧化膜，所述酸液由氢氟酸溶液、硝酸溶液和水按体积比(3～6)：(6～8)：100的比例混合而成，所述氢氟酸溶液的质量百分浓度为39％～41％，所述硝酸溶液的质量百分浓度为68％～70％。3.按照权利要求1所述的一种激光熔覆法制备金属/六方氮化硼复合涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述金属粉末为镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少鹏，李争显，黄春良，王培，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61