一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术制造技术

本发明专利技术提供一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，通过激光处理获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层中，接着通过等离子体辉光渗碳处理在涂层表面形成TiC硬化层以及进行原位激光退火，获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层中渗碳层连续分布，从而有效克服了现有技术中通过激光熔敷获得耐磨的硬质相组织存在获得的耐磨硬化层组织过渡不连续，与基体匹配程度较低的缺陷的技术缺陷，使得耐磨的硬质相组织存在获得的耐磨硬化层组织连续过渡，与耐磨层与基体匹配程度好，有效增强了钛合金的耐磨性。

A laser heat treatment technology to improve the wear resistance of titanium alloy

The invention provides a laser thermal processing technology to improve the wear resistance of titanium alloy by laser treatment for TiC reinforced Ti5Si3 based composite coatings wear resistant phase, followed by the formation of TiC carbon plasma glow irradiation hardening layer on the coating surface and in situ laser annealing, the TiC reinforced composite coating in carburized layer continuous distribution Ti5Si3 wear resistant base, so as to effectively overcome the existing technology by laser cladding to obtain wear-resistant hard phase wear-resistant hardened layer transition organization obtained is not continuous, technical defects and defect matrix matching degree is low, the wear resistance of the hard phase organization has obtained wear-resistant hardened layer's microstructure and wear-resisting layer and continuous transition. The matrix matching degree, effectively enhance the wear resistance of titanium alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术
本专利技术涉及金属材料表面加工领域，具体涉及一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术。
技术介绍
激光产业的出现推动了光电产业的发展，是信息产业的支柱产业。据前瞻产业研究院测算，2014年国内激光产业市场规模在1300亿元左右。到2016年近期目标时，激光光产业产值预计超4000亿元，增加值上千亿元。激光产业园已建的和正在兴建的已超过16个。我国目前激光企业有3000家以上。激光产业正处于高速增长期。激光热处理是一种表面热处理技术。即利用激光加热金属材料表面实现表面热处理。激光加热具有极高的功率密度，即激光的照射区域的单位面积上集中极高的功率。由于功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量传走，结果使得工件被激光照射区迅速升温到奥氏体化温度实现快速加热。当激光加热结束，因为快速加热时工件基体大体积中仍保持较低的温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导迅速冷却，从而实现淬火等热处理效果。钛及其合金由于比强度高、耐腐蚀性能和低温性能良好等优点，被广泛应用于工业生产的各个领域，但其存在硬度较低且易产生粘着磨损等缺点从而使它们的优良性能得不到充分发挥，用表面合金化的方法代替整体合金化以节约金属资源一直是世界范围内材料工作者的重要研究内容之一。常规的表面合金化方法就是化学热处理，即利用高温下的扩散使合金元素渗入基体，以获得表面合金化层，不仅耗能，而且效率很低。激光合金化采用高能束激光作为热源，通过快速熔化与快速凝固，高效地实现基体金属的表面合金化。中国专利技术专利申请号201410251279.0公开了一种在钛金属表面制备Ti-Si-C涂层的方法，其特征是它由涂层合金粉末片制备和激光熔覆处理组成。其中，Ti粉、Si粉和石墨粉经混合球磨烘干后，在压片机上压制合金粉末片，且涂层合金粉末片中各组分的原子个数百分比为：Ti粉50%，Si粉16.7%，C粉33.3%。但是，经过激光熔敷处理后表面Ti5Si3金属间化合物的大量形成极易造成过共晶Ti-Si涂层与Ti基体界面产生较大的热应力和组织应力，从而使涂层凝固后界面易形成裂纹，使用性能下降。中国专利技术专利申请号201410821962.3公开了一种在Ti合金表面激光多层熔覆Ti-Si梯度耐磨涂层的方法：在纯Ti或Ti合金表面自下而上激光依次熔覆单相α-Ti打底层→亚共晶Ti-Si中间层→过共晶Ti-Si表面层三种不同成分涂层，通过梯度涂层中Si含量的逐渐增加使涂层形成Ti5Si3硬质相析出含量的梯度，降低表面层过共晶Ti-Si成分与Ti金属基体之间的热物理相容性和组织应力，提高了梯度涂层整体韧性和与基体结合力的效果。但是，根据Si含量梯度设计需要多次配合金粉末，导致整个过程连续性较差，并且，层与层之间Si含量不同导致层间组织过渡不连续，层与层界面处易产生应力集中，有碍耐磨层耐磨性能的发挥。综上所述，现有技术方案通过调控元素配比，通过激光熔敷获得耐磨的硬质相组织存在获得的耐磨硬化层组织过渡不连续，与基体匹配程度较低的缺陷，获得的耐磨层耐磨性能强化效果不够理想。
技术实现思路
针对现有技术中通过激光熔敷获得耐磨的硬质相组织存在获得的耐磨硬化层组织过渡不连续，与基体匹配程度较低的技术缺陷，本专利技术提出一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，通过激光热处理工艺获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层中渗碳层连续分布，进而提高钛合金耐磨性。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，所述激光热处理工艺中获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层中渗碳层连续分布，具体步骤如下：（1）对钛合金表面进行喷砂预处理，选用白刚玉粗喷，喷砂的压力控制在0.45Mpa以下，时间为15~30秒，去除钛合金表面的粘砂、表面烧结层和氧化层，在钛合金表面形成活性位点；（2）将有机硅材料和TiC粉末均匀混合作为涂层材料涂覆在经步骤（1）获得的钛合金表面上，涂层厚度小于等于10微米，涂覆完毕后在1200-1400℃高温还原气氛下热处理，除去有机成分，在钛合金基体表面得到TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层；（3）对步骤（2）中获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层进行等离子体辉光渗碳处理，在涂层表面形成TiC硬化层；（4）对所述TiC硬化层做激光热处理，调节激光热处理温度和时间，获得从涂层表面向基体TiC含量连续变化的耐磨层，提高钛合金的耐磨性。优选的，在对钛合金的表面喷砂预处理之前，对钛合金基体加热保温，温度保持在20-30℃。优选的，选用的白刚玉微粉的粒径为200-320目，喷枪与工件距离为50-150mm。优选的，所述有机硅材料采用硅烷偶联剂、硅烷黏合剂、硅橡胶中的一种或几种的混合，所述TiC粉末的颗粒大小为5-50μm。优选的，所述将有机硅材料和TiC粉末均匀混合作为涂层材料涂覆在步骤（1）获得的钛合金表面上，具体为：采用单层或多层涂覆法，涂覆过程中保持环境干燥清洁，涂完一层有机硅涂层材料静置3-10分钟，等待空气排出，涂覆2-5次。优选的，步骤（2）中所述还原性气氛为氢气、烷烃类气氛、烯烃类气氛的一种，所述烷烃类气氛为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷中的一种，所述烯烃类气氛为乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯的一种。优选的，所述对步骤（2）中获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层进行等离子体辉光渗碳处理，在涂层表面形成TiC硬化层，具体为：采用的碳源为烷烃类气体，钛合金基体的渗碳温度为1000-1050℃，扩散时间为5-10分钟，在涂层表面形成TiC硬化层。优选的，步骤（4）中激光功率为1-5kW，脉冲宽度为10-2-10秒，扫描速度为1-3mm/s，所述激光热处理的单点处理时间为0.1-1秒。本专利技术提供一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本专利技术提供的一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，通过激光处理获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层中，接着通过等离子体辉光渗碳处理在涂层表面形成TiC硬化层以及进行原位激光退火，获得渗碳层连续分布，使得耐磨的硬质相组织存在获得的耐磨硬化层组织连续过渡，与耐磨层与基体匹配程度好，有效增强了钛合金的耐磨性。2、本专利技术提供的一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，通过调节原位激光退火的功率和时间，可以调节表面TiC的含量，随着渗碳温度越高，时间越长，表面TiC的含量就越高，使得钛合金的耐磨性就越好。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本专利技术的范围内。实施例1（1）对钛合金基体加热保温，温度保持在20℃，对钛合金表面进行喷砂预处理，选用粒径为320目的白刚玉粗喷，喷枪与工件距离为50mm，喷砂的压力为0.15Mpa，时间为30秒，去除钛合金表面的粘砂、表面烧结层和氧化层，在钛合金表面形成活性位点；（2）将有机硅材料采用硅烷偶联剂、硅烷黏合剂、硅橡胶中的一种或几种的混合和颗粒大小为10μm的TiC粉末均匀混合后，作为涂层材料涂覆在经步骤（1）获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，其特征在于，所述激光热处理工艺中获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层中渗碳层连续分布，具体步骤如下：（1）对钛合金表面进行喷砂预处理，选用白刚玉粗喷，喷砂的压力控制在0.45Mpa以下，时间为15~30秒，去除钛合金表面的粘砂、表面烧结层和氧化层，在钛合金表面形成活性位点；（2）将有机硅材料和TiC粉末均匀混合作为涂层材料涂覆在经步骤（1）获得的钛合金表面上，涂层厚度小于等于10微米，涂覆完毕后在1200‑1400℃高温还原气氛下热处理，除去有机成分，在钛合金基体表面得到TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层；（3）对步骤（2）中获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层进行等离子体辉光渗碳处理，在涂层表面形成TiC硬化层；（4）对所述TiC硬化层做激光热处理，调节激光热处理温度和时间，获得从涂层表面向基体TiC含量连续变化的耐磨层，提高钛合金的耐磨性。

【技术特征摘要】
1.一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，其特征在于，所述激光热处理工艺中获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层中渗碳层连续分布，具体步骤如下：（1）对钛合金表面进行喷砂预处理，选用白刚玉粗喷，喷砂的压力控制在0.45Mpa以下，时间为15~30秒，去除钛合金表面的粘砂、表面烧结层和氧化层，在钛合金表面形成活性位点；（2）将有机硅材料和TiC粉末均匀混合作为涂层材料涂覆在经步骤（1）获得的钛合金表面上，涂层厚度小于等于10微米，涂覆完毕后在1200-1400℃高温还原气氛下热处理，除去有机成分，在钛合金基体表面得到TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层；（3）对步骤（2）中获得的TiC增强Ti5Si3耐磨相基复合涂层进行等离子体辉光渗碳处理，在涂层表面形成TiC硬化层；（4）对所述TiC硬化层做激光热处理，调节激光热处理温度和时间，获得从涂层表面向基体TiC含量连续变化的耐磨层，提高钛合金的耐磨性。2.根据权利要求1所述一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，其特征在于：在对钛合金的表面喷砂预处理之前，对钛合金基体加热保温，温度保持在20-30℃。3.根据权利要求1所述一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，其特征在于：选用的白刚玉微粉的粒径为200-320目，喷枪与工件距离为50-150mm。4.根据权利要求1所述一种提高钛合金耐磨性的激光热处理技术，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，司文彬，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51