一种钛合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了钛合金涂层及其制备方法。该钛合金涂层由以下重量百分数的原料制备而成：钛或钛合金粉40～85％，光吸收剂10～40％，包覆剂1～10％，粘结剂1～10％，表面活性剂0.1～5％，溶剂余量。所述光吸收剂包括纳米TiO2和纳米CeO2，纳米TiO2和纳米CeO2的质量比为1

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钢材防腐制造
，特别是涉及一种钛合金涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]钢铁被称作“工业的骨骼”，是我国工业发展的基石，在各行各业中都有着广泛的应用。但钢铁在海洋工况环境中更容易产生腐蚀，可能造成巨大的经济损失和严重的环境污染。
[0003]在钢材基体表面施加适当的涂层是一种减缓腐蚀发生的有效途径。钛金属作为质轻、高强的结构材料，对海水及海洋大气环境的侵蚀有优异的免疫能力，是海洋工程装备领域重要的战略金属材料。但目前市场上的钛合金产品多采用熔炼
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锻造
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机加工的传统生产工艺流程，高成本极大地限制了钛合金的应用。在钢材表面施加钛合金涂层既能满足材料抗腐蚀性能的要求，又能降低钛合金产品的应用成本，是实现钛合金在海洋工程领域规模应用的有效途径之一。
[0004]激光熔覆具有热影响区较小、熔覆层和基体结合好、熔覆层致密、融入材料适用性高等优点，常用于表面涂层的制备。但激光熔覆对熔覆材料要求高，需要球形度好的金属粉体，无形中增加了钛合金涂层的应用成本。CN111826651A公开了一种提高激光吸收率的方法，该方法首先在基体金属上涂覆钛或钛合金粉末预置层，并在钛或钛合金粉末预置层上铺置一层吸光涂层，从而提高钛或钛合金粉末激光熔覆过程中激光的吸收率。步骤包括：S1：将基体金属进行清洗，而后平置于工作台上；S2：将钛或钛合金粉末进行射频等离子体球化处理；S3：将步骤S2处理后的钛或钛合金粉末进行超声清洗；S4：对步骤S3处理后的钛或钛合金粉末进行真空干燥处理，真空干燥处理的温度为50℃～80℃；S5：将步骤S4处理后的钛或钛合金粉末进行预热，制备为钛或钛合金粉末预置层，预热时间为1～3h，预热温度为150℃～200℃；S6：将钛或钛合金粉末预置层均匀置于基体金属上，钛或钛合金粉末预置层的厚度为0.8mm；S7：在钛或钛合金粉末预置涂层表面上均匀平铺一薄层吸光涂层，吸光涂层的厚度为0.2mm；S8：利用激光器以自上而下的熔覆轨迹完成激光熔覆。上述制备工艺复杂，生产成本高。
[0005]因此研究开发一种制备工艺简单，生产成本低的用于海洋工程领域防腐的钛合金涂层具备重大意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种钛合金涂层以及通过激光熔覆制备该钛合金涂层的方法。创新性地提供了一种可激光熔覆的含金属粉末的浆料，通过优化浆料的原料选择和含量配比，以及选择合适的光吸收剂，达到了涂层与基材冶金结合，避免了涂层和基材之间的开裂风险。整个制备工艺简单，成本低，且涂层耐腐蚀。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]一种钛合金涂层，由以下重量百分数的原料制备而成：
[0009][0010]所述光吸收剂包括纳米TiO2和纳米CeO2。
[0011]现有的激光熔覆技术，大多是针对金属粉体，金属粉体需要球形度好，因此相应增加了球化处理等操作，制备工艺难度和成本较高。本专利技术创新性地研究了一种激光熔覆含金属粉末的浆料，通过优化钛合金涂层浆料的原料选择和含量配比，以及选择合适的光吸收剂(纳米二氧化钛和纳米CeO2)，利用光吸收剂较高的激光吸收效率，且能量分布均匀，在激光熔覆过程中确保基体材料表面和钛合金涂层材料充分熔化，达到冶金结合，避免涂层和基体之间的开裂风险。
[0012]为了得到具备良好抗腐蚀性能的激光熔覆钛合金涂层，可以通过改变涂层的化学组成、组织结构，进而改变涂层的诸多性能，如硬度及耐腐蚀性能等来实现。硬度对涂层的耐磨性有很大影响，硬度越高，涂层耐磨性强，耐腐蚀性也进一步提升。本专利技术钛合金涂层浆料中加入一定量的CeO2，可以细化涂层中的晶粒，净化晶界，改善涂层组织形貌，促进涂层组织均匀致密，减少涂层组织出现疏松、气孔和裂纹等缺陷，提高了钛合金涂层的硬度和耐腐蚀性。
[0013]在本专利技术中，优选地，纳米TiO2和纳米CeO2的质量比为1
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4:1。经过大量实验研究得出：上述质量比，能够使涂层与基体的冶金结合效果好，涂层的耐腐蚀性好。
[0014]在本专利技术中，优选地，所述溶剂为无水乙醇、丙酮、异丙醇中的一种，更优选乙醇；所述包覆剂为聚乙二醇，所述粘结剂为聚乙烯醇，所述表面活性剂为OP
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10。OP
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10是一种化工原料，成分是聚氧乙烯辛基苯酚醚
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10，具有优良的匀染、乳化、防蜡、缓蚀、润湿、扩散，抗静电性等特性。外观:白色及乳白色糊状物，溶解性:易溶于水，PH值(1％水液):6
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7，HLB值:14.5，浊点:61
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67℃。乙醇对OP
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10具备一定的乳化分散作用，乙醇是一种低分子、带羟基、易溶于水的化合物，它具有和水以及醚键形成氢键的能力，因此，它可以降低OP
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10的HLB值，可增加OP
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10的分散能力。聚乙二醇能够较好的包覆钛或钛合金粉末，聚乙烯醇将整个体系粘结在一起，而无水乙醇和OP
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10能够避免钛或钛合金粉末的团结，使分散均匀。
[0015]在本专利技术中，优选地，所述的钛合金粉为Ti
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6Al
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4V(TC4)粉、Ti
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5Al
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2.5Sn(TA7)粉和Ti
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8Al
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1Mo
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1V(TA11)粉中的任意一种。
[0016]在本专利技术中，优选地，所述钛或钛合金粉末的粉体的粒径范围是20～50μm。上述粉体粒径的选择，激光熔覆效果较好且涂层质量好。粉体粒径过大，对激光熔覆效果不好，过小容易团聚不易分散，导致涂层性能不稳定。
[0017]在本专利技术中，优选地，钛合金涂层由以下重量百分数的原料制备而成：
[0018][0019]在本专利技术钛合金涂层的原料中，钛或钛合金粉作为激光熔覆的主要材料，促进涂层与基材的冶金结合，且硬度高；钛或钛合金粉在激光熔覆过程中，反射率一般都在90％以上，绝大部分能量被浪费，影响熔覆效果，因此本专利技术加入光吸收剂，利用其较高的激光吸收效率，使基材表面和钛合金涂层充分熔化，达到冶金结合。本专利技术同时将原料配置成浆料，使制备工艺简单，为了使整个粉体在浆料中分散均匀，加入了包覆剂、粘结剂、表面活性剂和溶剂，而上述的浆料中各原料配比，是专利技术人经过大量实验研究后获得，其冶金结合效果较好，且涂层表面致密性好，硬度高，防腐效果好。
[0020]本专利技术针对性研究了上述钛合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0021]S1.制备钛合金涂层预涂浆料；
[0022]S2.对工件表面进行预处理；其中，工件表面预处理：依次使用100目、150目、250目、400目和600目的砂纸将工件表面打磨光洁，然后分别用清水和乙醇超声清洗20
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25分钟，吹干；
[0023]S3.将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金涂层，其特征在于，由以下重量百分数的原料制备而成：所述光吸收剂包括纳米TiO2和纳米CeO2，纳米TiO2和纳米CeO2的质量比为1
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4:1。2.根据权利要求1所述的一种钛合金涂层，其特征在于，所述溶剂为无水乙醇、丙酮、异丙醇中的一种，优选乙醇；所述包覆剂为聚乙二醇，所述粘结剂为聚乙烯醇，所述表面活性剂为OP
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10。3.根据权利要求1所述的一种钛合金涂层，其特征在于，所述的钛合金粉为Ti
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6Al
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4V、Ti
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5Al
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2.5Sn和Ti
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8Al
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1Mo
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1V中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种钛合金涂层，其特征在于，所述钛或钛合金粉末的粉体的粒径范围是20～50μm。5.根据权利要求1所述的一种钛合金涂层，其特征在于，由以下重量百分数的原料制备而成：6.权利要求1
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5任一所述的钛合金涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.制备钛合金涂层预涂浆料；S2.对工...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，何新波，
申请(专利权)人：北京科技大学广州新材料研究院，
类型：发明
国别省市：