一种钛合金刀具耐磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钛合金刀具耐磨涂层及其制备方法，耐磨涂层的成分包括Ti、Cr、C、Al、Si；其中，各成分质量百分比为：Ti：84.76～89.80％，Cr：8.67～13.00％，C：1.25～2.26％，Al：0.018～0.027％，Si：0.013～0.020％。本发明专利技术提供的钛合金刀具耐磨涂层及其制备方法，采用激光熔敷的方法将钛合金混合粉末熔敷于钛合金刀具表面，使钛合金刀具表面原位自生成完整TiC网络骨架结构，提高了钛合金刀具的耐磨性和硬度，延长了钛合金刀具的有效使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金刀具耐磨涂层及其制备方法
本专利技术涉及钛合金应用材料领域，特别涉及一种钛合金刀具耐磨涂层及其制备方法。
技术介绍
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。钛一般被用在航天工业和航空中，钛合金以其轻和硬的独特品质适应了高性能飞行工具的需要。现在制刀行业选用钛作为基本材料其最大的魅力当然在于它的轻，另外一个优点是保养简单方便，不易生锈。钛合金耐腐蚀性好，可替代传统的高铬不锈钢；与其他刀具材料相比，钛合金材料的硬度及韧性匹配更为优越。目前，特别是在军工行业及海洋行业中，基本上都要使用钛合金刀具，而用于制作刀具材料的硬度值要大于53HRC，但现有牌号的钛合金所制作刀具的硬度值远低于使用要求，传统的钛合金刀具耐磨性差、硬度不高以及有效使用寿命低，而且采用PVD或CVD等工艺制备的涂层具有厚度较薄且与基体结合力差等缺陷问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的上述缺陷，提供一种钛合金刀具耐磨涂层及其制备方法，本专利技术大幅度提高钛合金的耐磨性，比原来的耐磨性提高两倍以上，涂层与基体呈冶金结合，结合强度高，且厚度为2～3mm。一方面，本专利技术提供一种钛合金刀具耐磨涂层，所述耐磨涂层的成分包括Ti、Cr、C、Al和Si；其中，各成分质量百分比为：Ti：78.76～95.80％，Cr：6.67～15.00％，C：1.25～2.26％，Al：0.018～0.027％，Si：0.013～0.020％。其中，所述耐磨涂层的成分以及各成分质量百分比优选为：Ti：84.76～89.80％，Cr：8.67～13.00％，C：1.25～2.26％，Al：0.018～0.027％，Si：0.013～0.020％；所述耐磨涂层中相关杂质的含量为：Fe≤0.1％，N≤0.012％，H≤0.008％，O≤0.10％，其余杂质≤0.2％。其中，所述耐磨涂层中相关杂质的含量为：Fe≤0.1％，N≤0.012％，H≤0.008％，O≤0.10％，其余杂质≤0.2％。另一方面，本专利技术提供一种钛合金刀具耐磨涂层的制备方法，包括：将钛合金刀具表面进行预处理后，置于激光熔敷系统的加工室中，进行抽真空及充氩处理。将预先调配的熔敷合金粉末烘干、冷却、混合均匀后置于激光熔敷系统的送粉器中，采用激光器进行激光熔敷。其中，所述方法还包括：钛合金刀具激光熔敷完成后，进行去应力退火处理；所述去应力退火处理包括，将所述钛合金刀具置于真空马弗炉中以20℃每分钟的速度升温至650℃，保持温度1小时后随炉冷却。其中，所述将钛合金刀具表面进行预处理后，置于激光熔敷系统的加工室中包括：对钛合金刀具表面进行打磨、抛光、除油、清洗和烘干处理；所述加工室中的氧含量小于50ppm，水含量小于50ppm。其中，所述熔敷合金粉末的目粒度为100目～200目。其中，所述激光器的工艺参数为：波长1064nm，单脉冲能量150J，脉冲频率50Hz，脉宽1.0ms，焦距200mm，光斑直径1mm，扫描速度4mm/s。其中，所述熔敷合金粉末的原料为纯钛粉、纯铬粉以及石墨，所述纯钛粉、纯铬粉以及石墨以87:11:2的比例混合；所述熔敷合金粉末的成分以及质量百分比为：Ti：86.62％，Cr：10.88％，C：2.18％，Al：0.013％，Si：0.018％；相关杂质的含量为：Fe≤0.08％，N≤0.01％，H≤0.006％，O≤0.09％，余量为其他元素。其中，所述熔敷合金粉末的原料为纯钛粉、纯铬粉以及石墨，所述纯钛粉、纯铬粉以及石墨以86:12:2的比例混合；所述熔敷合金粉末的成分以及质量百分比为：Ti：85.62％，Cr：11.68％，C：2.25％，Al：0.016％，Si：0.019％；相关杂质的含量为：Fe≤0.06％，N≤0.03％，H≤0.006％，O≤0.08％，余量为其他元素。其中，所述熔敷合金粉末的原料为纯钛粉和碳化铬粉，所述纯钛粉和碳化铬粉以87:13的比例混合；所述熔敷合金粉末的成分以及质量百分比为：Ti：86.50％，Cr：10.78％，C：2.19％，Al：0.016％，Si：0.029％；相关杂质的含量为：Fe≤0.07％，N≤0.04％，H≤0.006％，O≤0.08％，余量为其他元素。本专利技术提供的钛合金刀具耐磨涂层及其制备方法，采用激光熔敷的方法将钛合金混合粉末熔敷于钛合金刀具表面，使钛合金刀具表面原位自生成完整TiC网络骨架结构，提高了钛合金刀具的耐磨性，涂层厚度可达2-3mm，涂层呈冶金结合，结合强度高。经摩擦磨损试验验证，钛合金刀具经过激光熔敷耐磨涂层后，耐磨性为传统钛合金材料的两倍，HRC值在55HRC以上，能够满足刀具的硬度要求。在钛合金刀具表面激光熔敷耐磨涂层，提升了钛合金刀具的耐磨性和硬度，延长了钛合金刀具的有效使用寿命。附图说明图1为根据本专利技术实施例提供的钛合金刀具耐磨涂层的制备方法流程示意图；图2为根据本专利技术实施例提供的完整TiC网络骨架的耐磨钛合金材料的显微组织图；图3为根据本专利技术实施例提供的普通钛合金和耐磨涂层的硬度、磨损量、摩擦系数测量对比图；图4为根据本专利技术实施例提供的普通钛合金和耐磨涂层摩擦磨损表面显微形貌图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供的钛合金刀具耐磨涂层的成分包括Ti、Cr、C、Al和Si；其中，各成分质量百分比为：Ti：78.76～95.80％，Cr：6.67～15.00％，C：1.25～2.26％，Al：0.018～0.027％，Si：0.013～0.020％。优选的，耐磨涂层的各成分质量百分比为：Ti：84.76～89.80％，Cr：8.67～13.00％，C：1.25～2.26％，Al：0.018～0.027％，Si：0.013～0.020％。其中，耐磨涂层中相关杂质的含量为：Fe≤0.1％，N≤0.012％，H≤0.008％，O≤0.10％，其余杂质≤0.2％。本专利技术实施例提供的钛合金刀具耐磨涂层，采用激光熔敷的方法将钛合金混合粉末熔敷于钛合金刀具表面，使钛合金刀具表面原位自生成完整TiC网络骨架结构，提高了钛合金刀具的耐磨性，涂层厚度可达2-3mm，涂层呈冶金结合，结合强度高。经摩擦磨损试验验证，钛合金刀具经过激光熔敷耐磨涂层后，耐磨性为传统钛合金材料的两倍，HRC值在55HRC以上，能够满足刀具的硬度要求。在钛合金刀具表面激光熔敷耐磨涂层，提升了钛合金刀具的耐磨性和硬度，延长了钛合金刀具的有效使用寿命。图1为根据本专利技术实施例提供的钛合金刀具耐磨涂层的制备方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：步骤101，将钛合金刀具表面进行预处理后，置于激光熔敷系统的加工室中，进行抽真空及充氩处理；步骤102，将预先调配的熔敷合金粉末烘干、冷却、混合均匀后置于激光熔敷系统的送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金刀具耐磨涂层，其特征在于，所述耐磨涂层的成分包括Ti、Cr、C、Al和Si；其中，各成分质量百分比为：Ti：78.76～95.80％，Cr：6.67～15.00％，C：1.25～2.26％，Al：0.018～0.027％，Si：0.013～0.020％。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金刀具耐磨涂层，其特征在于，所述耐磨涂层的成分包括Ti、Cr、C、Al和Si；其中，各成分质量百分比为：Ti：78.76～95.80％，Cr：6.67～15.00％，C：1.25～2.26％，Al：0.018～0.027％，Si：0.013～0.020％。2.根据权利要求1所述的钛合金刀具耐磨涂层，其特征在于，所述耐磨涂层的成分以及各成分质量百分比优选为：Ti：84.76～89.80％，Cr：8.67～13.00％，C：1.25～2.26％，Al：0.018～0.027％，Si：0.013～0.020％；所述耐磨涂层中相关杂质的含量为：Fe≤0.1％，N≤0.012％，H≤0.008％，O≤0.10％，其余杂质≤0.2％。3.一种根据权利要求1或2所述的钛合金刀具耐磨涂层的制备方法，其特征在于，包括：将钛合金刀具表面进行预处理后，置于激光熔敷系统的加工室中，进行抽真空及充氩处理；将预先调配的熔敷合金粉末烘干、冷却、混合均匀后置于激光熔敷系统的送粉器中，采用激光器进行激光熔敷。4.根据权利要求3所述的钛合金刀具耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：钛合金刀具激光熔敷完成后，进行去应力退火处理；所述去应力退火处理包括，将所述钛合金刀具置于真空马弗炉中以20℃每分钟的速度升温至650℃，保持温度1小时后随炉冷却。5.根据权利要求3所述的钛合金刀具耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述将钛合金刀具表面进行预处理后，置于激光熔敷系统的加工室中包括：对钛合金刀具表面进行打磨、抛光、除油、清洗和烘干处理；所述加工室中的氧含量小于50ppm，水含量小于50ppm。6.根据权利要求3所述的钛合金刀具耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述熔敷合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜菲菲，韩卫利，钟军，李德清，阎耿旭，
申请(专利权)人：沈阳钛成科技合伙企业普通合伙，
类型：发明
国别省市：辽宁,21