一种冶金结合的钢表面复合钛合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种冶金结合的钢表面复合钛合金涂层及其制备方法，根据本发明专利技术的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层，包括自基板开始，依次设置的中间层和表面层，界面处为冶金结合，通过设置中间层，可以有效解决钛合金涂层与钢材之间Fe

【技术实现步骤摘要】
一种冶金结合的钢表面复合钛合金涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属腐蚀和防护
，具体涉及一种冶金结合的钢表面复合钛合金涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]海洋工程中，由于海洋的特定环境，对其服役材料有很多特殊要求，最关键的便是耐海水腐蚀问题。许多水下设备往往由于腐蚀而报废，其次是深海下密封壳体结构的强度问题，这对于长期进行水下作业的设备尤为重要，因此研究高强、轻质、耐海水腐蚀、低成本的材料以及合理的结构设计和选材，已成为海洋工程的关键技术之一。
[0003]钛及钛合金具有很强的抗海水及各种介质腐蚀的特性，并且比强度高，是用于海洋工程的理想材料。随着钛工业的发展，钛材在水下工程的应用逐渐增多，但是由于其价格较贵，限制了其应用范围。相关技术中，研究人员通过在钢材或非金属材料表面覆盖一层钛合金涂层的方式提高材料利用率。然而，Fe和Ti之间极小的稀释率和较大的热膨胀系数差异，导致钛合金涂层制备过程中极易形成Fe
‑
Ti脆性相、匙孔和裂纹，因此，有必要开发一种新的材料及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种冶金结合的钢表面复合钛合金涂层，该涂层利用激光熔覆技术先制备过渡中间层，可以有效解决钛合金涂层与钢材之间Fe
‑
Ti脆性相和裂纹的形成。
[0005]本专利技术还提供了一种冶金结合的钢表面复合钛合金涂层的制备方法。
[0006]本专利技术的第一方面提供了一种冶金结合的钢表面复合钛合金涂层，制备原料包括合金粉末A和合金粉末B，所述合金粉末A包括铜合金粉末、镍合金粉末、铌合金粉末、钼合金粉末、铝合金粉末和镁合金粉末中的至少一种；所述合金粉末B包括钛合金粉末，所述合金粉末A和合金粉末B的质量比为(2～8)：1；所述冶金结合的钢表面复合钛合金涂层包括自基板开始，由所述合金粉末A形成的中间层和所述合金粉末B形成的表面层；
[0007]所述钛合金粉末中，以质量百分比计，元素含量为：
[0008]Al:5.5％～6.75％；
[0009]V:3.5％～4.5％；
[0010]Fe:≤0.03％％；
[0011]C:≤0.08％％；
[0012]O:≤0.20％；
[0013]N:≤0.05％；
[0014]H:≤0.015％；
[0015]余量为Ti和杂质元素。
[0016]本专利技术关于冶金结合的钢表面复合钛合金涂层的技术方案中的一个技术方案，至
少具有以下有益效果：
[0017]本专利技术的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层，包括自基板开始，依次设置的中间层和表面层，界面处为冶金结合，通过设置中间层，可以有效解决钛合金涂层与钢材之间Fe
‑
Ti脆性相和裂纹的形成，Fe
‑
Ti脆性相和裂纹明显减少，因此涂层致密性好、结合强度高、耐蚀性优异，具有更长的服役寿命。也具有更大的显微硬度和更好的耐磨性和耐磨损腐蚀性。
[0018]本专利技术的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层，可以采用激光熔覆技术制备，自动化程度高、生产周期短，可制备复杂形状的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层零部件。
[0019]本专利技术的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层，无需热处理即可制备得到，制备流程简单、成本低、低碳环保无污染，可工业化生产和应用于多种工况环境。
[0020]本专利技术的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层中，涂层结合方式为冶金结合。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述合金粉末A为铜合金粉末，所述铜合金粉末中，除了铜元素以外，O:≤0.1％，Fe:≤0.03％％，杂质元素总量:≤0.08％。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述合金粉末A还可以为其他常见的工程应用金属合金粉末中的一种或几种的组合。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层的总厚度为400μm～1600μm。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述中间层的厚度为100μm～600μm。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述表面层的厚度为400μm～1600μm。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述冶金结合的钢表面复合钛合金涂层中，金相组织包括针状α(α
′
)相、精细β相、层片状α相、等轴晶、枝晶和柱状晶、金属中间相和未熔融的钛合金颗粒。
[0027]金相组织包括针状α(α
′
)相、精细β相、层片状α相、等轴晶、枝晶和柱状晶、金属中间相和未熔融的钛合金颗粒，由此，本专利技术制备的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层具有优异的耐蚀性、耐磨性、耐磨损腐蚀性、耐热性、塑性、韧性和比强度，针状α(α
′
)相、精细β相、层片状α相、等轴晶和枝晶能够提高冶金结合的钢表面复合钛合金涂层的机械性能；柱状晶有利于抑制涂层中匙孔和微裂纹等缺陷的形成，未熔融颗粒有利于抑制涂层中的裂纹扩展行为，从而提高冶金结合的钢表面复合钛合金涂层的力学性能。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述合金粉末A中，其他单个杂质元素的含量≤0.01wt％。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述合金粉末A中，杂质元素的总量≤0.08wt％。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，合金粉末A颜色为玫红色、黄铜色。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述合金粉末B中，其他单个杂质元素的含量≤0.01wt％。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述合金粉末B中，杂质元素的总量≤0.05wt％。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述耐磨耐蚀钛合金涂层的显微硬度为350HV0.1～700HV0.1。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述耐磨耐蚀钛合金涂层的抗剪强度为200MPa～500MPa。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，所述合金粉末A和合金粉末B的颗粒形态包括球形颗粒、类球形颗粒、正方体颗粒和不规则型颗粒。
[0036]合金粉末A和合金粉末B的颗粒形态为球形颗粒时，激光熔覆过程中颗粒流动性最佳，制备的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层具有均匀致密的金相组织。
[0037]合金粉末A和合金粉末B的颗粒形态为类球形颗粒，颗粒之间不易粘结、孔隙率较低，制备的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层中不易形成匙孔，有利于涂层的力学性能。
[0038]合金粉末A和合金粉末B的颗粒形态为正方体颗粒，颗粒熔化速率一致，熔融后的粉末凝固过程中容易形成连续光滑的表面，制备的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层致密性高、匙孔极少。
[0039]合金粉末A和合金粉末B的颗粒形态为不规则型颗粒，小颗粒的粉末可以填充到大颗粒的空隙中，从而提高粉末堆积密度，有利于提高冶金结合的钢表面复合钛合金涂层的表面质量和强度。
[0040本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冶金结合的钢表面复合钛合金涂层，其特征在于，制备原料包括合金粉末A和合金粉末B，所述合金粉末A包括铜合金粉末、镍合金粉末、铌合金粉末、钼合金粉末、铝合金粉末和镁合金粉末中的至少一种；所述合金粉末B包括钛合金粉末，所述合金粉末A和合金粉末B的质量比为(2～8)：1；所述冶金结合的钢表面复合钛合金涂层包括自基板开始，由所述合金粉末A形成的中间层和所述合金粉末B形成的表面层；所述钛合金粉末中，以质量百分比计，元素含量为：Al:5.5％～6.75％；V:3.5％～4.5％；Fe:≤0.03％％；C:≤0.08％％；O:≤0.20％；N:≤0.05％；H:≤0.015％；余量为Ti和杂质元素。2.根据权利要求1所述的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层，其特征在于，所述合金粉末A为铜合金粉末，所述铜合金粉末中，O:≤0.1％，Fe:≤0.03％％，杂质元素总量:≤0.08％。3.根据权利要求1或2所述的冶金结合的钢表面复合钛合金涂层，其特征在于，所述中间层的厚度为100μm～600μm。4.根据权利要求1或2所述的冶金结合的钢表面复合钛合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冬柏，俞宏英，胡康慨，王世成，高炜，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室珠海，
类型：发明
国别省市：