一种激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法技术

本发明专利技术提供了一种激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法，该方法中，在TC17的表面通过LMD处理依次得到底部涂层和顶部涂层，顶部涂层位于底部涂层的上面；底部涂层，沉积Stellite31PM粉末后，经LMD处理后得到；顶部涂层，在底部涂层的上面采用Stellite31PM、Si3N4、Mo、Zr按一定比例混合后，经LMD处理后得到。使用本发明专利技术提供的方法，能够获得多物相涂层，耐磨性得到明显的增强，发明专利技术具有操作简单、增强效果明显、工艺普遍、便于推广使用等优点。便于推广使用等优点。便于推广使用等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法


[0001]本专利技术涉及材料表面强化
，具体涉及一种激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法。

技术介绍

[0002]激光熔化沉积(LMD)作为一种激光增材制造技术，利用激光热源使粉末受热后快速冷却，通过多层沉积实现零件的直接制备，具有成型效率高、加工精度高等优点，通过沉积不同成分的粉末可提升材料表面的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性及抗氧化性等性能，应用范围广阔。
[0003]Stellite系钴基合金因具有强度高、耐磨、耐腐蚀等优点，可应用于化工、航天、石油等领域。Si3N4是典型的高硬度陶瓷材料，硬度大且耐磨性好，Zr、Mo利于碳化物的生成且能有效细化LMD层的组织结构。因此，Si3N4、Zr、Mo常用作为改善涂层耐磨性的多元素，制备多元细化耐磨防护层。
[0004]TC17钛合金具有比强度高、质量轻、耐腐蚀性能优异的优点，是制造飞机发动机、火箭零部件的常用材料。然而由于TC17钛合金塑性剪切抗力和加工硬化率较低，导致TC17钛合金表面显微硬度低，耐磨损性能较差，极大的限制了钛合金在工业生产中的实际应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法，该方法中，在TC17的表面通过LMD处理依次得到底部涂层和顶部涂层，顶部涂层位于底部涂层的上面；底部涂层，沉积Stellite31 PM粉末后，经LMD处理后得到；顶部涂层，在底部涂层的上面采用Stellite31 PM、Si3N4、Mo、Zr按一定比例混合后，经LMD处理后得到。使用本专利技术提供的方法，能够获得多物相涂层，耐磨性得到明显的增强，专利技术具有操作简单、增强效果明显、工艺普遍、便于推广使用等优点。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法，主要为：在TC17的表面通过LMD处理依次得到底部涂层和顶部涂层，顶部涂层位于底部涂层的上面；
[0008]底部涂层，沉积Stellite31 PM粉末后，经LMD处理后得到；
[0009]顶部涂层，在底部涂层的上面采用Stellite31 PM、Si3N4、Mo、Zr按一定比例混合后，经LMD处理后得到。
[0010]优选的，上述激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法，过程如下：
[0011](1)将TC17用不同粗细程度的砂纸由粗至细打磨并抛光，直至表面平整光滑无划痕；然后去除氧化膜后进行清洗、吹干；
[0012](2)调整激光参数，然后采用同轴送粉的方式在TC17上沉积Stellite31PM粉末；同时在该条件下配以99.9％氩气保护气，LMD处理后形成底部涂层；
[0013](3)在底部涂层的上面采用Stellite31 PM、Si3N4、Mo、Zr按一定比例混合粉末进行
LMD处理，工艺参数同步骤(2)，形成顶部涂层，从而在TC17上具有多元细化耐磨叠层。
[0014]优选的，在步骤(1)中，使用丙酮去除TC17表面的氧化膜。
[0015]优选的，所述TC17化学成分(wt％)为：Al 4.60％，Mo 4.01％，Zr 1.90％，C 0.02％，00.107％，Sn 1.72％，Cr 3.81％，N 0.01％，Fe 1％，余量Ti；
[0016]TC17中的部分Ti元素会由于稀释作用进入熔池，与涂层中N元素、Co元素等发生原位反应生成硬质增强相，进一步增强耐磨损性能。
[0017]优选的，在步骤(2)中，将激光参数调整为激光功率1100
‑
1300W，激光束扫描速率13
‑
15mm/s，光斑直径3mm，搭接率25
‑
30％，采用同轴送粉方式在TC17上沉积Stellite31 PM粉末，送粉速度13g/min，同时在该条件下配以99.9％氩气保护气，流速30L/min，LMD处理后形成底部涂层；吹送氩气保护熔池及镜筒；由于TC17钛合金表面不会产生较强的光线反射，因此实验过程中，保持激光头与工件相互垂直。
[0018]优选的，在步骤(2)中，所述Stellite31 PM的化学成分(wt％)：C 0.50％，Cr 25.50％，Si 1.0％，Mn 1.0％，Fe 2.0％，W 7.50％，Ni 1.50％，B 1.0％；各组分纯度大于99.5％。
[0019]优选的，在步骤(3)中，所述顶部涂层成分比例(wt％)：Stellite31 PM88％，Si3N47％，(Mo
‑
Zr)5％；其中Mo、Zr质量分数相同；各组分纯度大于99.5％；将Stellite31 PM、Si3N4、Mｏ、Zr粉末充分混合，并烘干。
[0020]优选的，所述Stellite31 PM粉末尺寸在50
‑
200μm之间，Si3N4粉末尺寸在50
‑
150μm之间，Mo与Zr混合粉末尺寸在50
‑
100μm之间。
[0021]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术中，采用激光熔化沉积及同轴送粉方式，在TC17的上面制备底部涂层，在底部涂层的上面制备顶部涂层，有效提高TC17钛合金的耐磨性。
[0023]2、使用本专利技术提供的方法，能够获得多物相涂层，耐磨性得到明显的增强，专利技术具有操作简单、增强效果明显、工艺普遍、便于推广使用等优点。
[0024]3、本专利技术提供的方法，制备出多元细化耐磨叠层；多元物相改善TC17表面耐磨性，生成的增强相通过弥散强化进一步增强耐磨性，本专利技术能够在钛合金表面获得极强耐磨性叠层
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为LMD叠层金相显微组织图：(a)TC17与底部涂层结合区，(b)底部涂层。
[0027]图2为LMD叠层金相显微组织图：(a)顶部涂层与底部涂层结合区，(b)顶部涂层。
[0028]图3为LMD叠层的HRTEM图。
[0029]图4为(a)LMD叠层磨损体积随时间变化图；(b)叠层与基材摩擦系数随载荷变化图。
具体实施方式
[0030]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0031]实施例1
[0032]一种激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法，其特征在于，主要为：在TC17的表面通过LMD处理依次得到底部涂层和顶部涂层，顶部涂层位于底部涂层的上面；底部涂层，沉积Stellite31PM粉末后，经LMD处理后得到；顶部涂层，在底部涂层的上面采用Stellite31PM、Si3N4、Mo、Zr按一定比例混合后，经LMD处理后得到。2.如权利要求1所述的激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法，其特征在于，过程如下：(1)将TC17用不同粗细程度的砂纸由粗至细打磨并抛光，直至表面平整光滑无划痕；然后去除氧化膜后进行清洗、吹干；(2)调整激光参数，然后采用同轴送粉的方式在TC17上沉积Stellite31PM粉末；同时在该条件下配以99.9％氩气保护气，LMD处理后形成底部涂层；(3)在底部涂层的上面采用Stellite31PM、Si3N4、Mo、Zr按一定比例混合粉末进行LMD处理，工艺参数同步骤(2)，形成顶部涂层，从而在TC17上具有多元细化耐磨叠层。3.如权利要求2所述的激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法，其特征在于，在步骤(1)中，使用丙酮去除TC17表面的氧化膜。4.如权利要求2所述的激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法，其特征在于，所述TC17化学成分(wt％)为：Al 4.60％，Mo 4.01％，Zr 1.90％，C 0.02％，00.107％，Sn 1.72％，Cr 3.81％，N 0.01％，Fe 1％，余量Ti。5.如权利要求4所述的激光制备TC17钛合金多元细化耐磨叠层的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李嘉宁，李峰西，何建群，张曌，黄腾，
申请(专利权)人：济南森峰激光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：