[发明专利]一种具有自生纳米颗粒增强的钛合金激光强化涂层

权利要求书

1.一种具有自生纳米颗粒增强的钛合金激光强化涂层，其制备方法包括如下步骤：

(1)对钛合金表面待处理区域进行表面清洁处理；

(2)在步骤(1)处理后的钛合金表面待处理区域预置特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物，根据表面几何构形进行激光辐照，在激光作用过程中采用保护性气氛对激光作用区进行保护，从而在钛合金表面获得强化涂层；所述特殊增强材料粉末是下列三类物质的混和粉末：①Ti单质、②合金、③含氮化合物，所述的合金选自下列任意几种金属形成的合金：W、Mo、V、Al、Zr、Cr、Ni、Fe，所述的含氮化合物为在500～4000℃能够参加熔池反应并提供N元素的化合物；以特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物质量为100％计，其中Ti的质量百分比在40～90％之间，合金的质量百分比在0～16％之间，含氮化合物的质量百分比在0.5～15％之间，并且粘结剂的质量百分比≦50％；

所述的具有自生纳米颗粒增强的钛合金激光强化涂层包括致密纳米尺度颗粒增强层和界面过渡层，均不含大尺度枝晶状增强相，所述致密纳米尺度颗粒增强层具有粒径≤50nm的超细纳米颗粒密堆结构特征，显微观察呈织构状形态，其厚度>700μm；界面过渡层位于致密纳米尺度颗粒增强层和钛合金基体之间，厚度介于100-600μm之间；界面过渡层与致密纳米尺度颗粒增强层之间的硬度过渡为梯度过渡，与钛合金基体之间的硬度过渡也为梯度过渡。

2.如权利要求1所述的钛合金激光强化涂层，其特征在于：以特殊增强材料粉末和粘结剂的总质量为100％计，其中Ti的质量百分比为51～90％，合金的质量百分比为3～14％，含氮化合物的质量百分比为1～12.8％，粘结剂的质量百分比为5～40％。

3.如权利要求2所述的钛合金激光强化涂层，其特征在于：以特殊增强材料粉末和粘结剂的总质量为100％计，其中单质的质量百分比为59～85.5％，合金的质量百分比为3.5～13.5％，含氮化合物的质量百分比为1～11％，粘结剂的质量百分比为10～30％。

4.如权利要求1～3之一所述的钛合金激光强化涂层，其特征在于：所述的含氮化合物为下列一种或任意几种的组合：TiN、BN、Ti(C,N)。

5.如权利要求1～3之一所述的钛合金激光强化涂层，其特征在于：所述合金为Al、V、Mo和Zr的组合，其中Al、V、Mo和Zr的质量比为1：0.05～0.95：0.05～0.45：0.05～0.55；或者所述合金为Al、V和Mo的组合，其中Al、V和Mo的质量比为1：0.10～0.76：0.05～0.35；或者所述合金为Al和V的组合，其中Al和V的质量比为1：0.45～0.85。

6.如权利要求1～3之一所述的钛合金激光强化涂层，其特征在于：在配制特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物时，先将Ti单质和合金制成预制粉末，然后再与含氮化合物混和，或者将Ti单质与合金和含氮化合物三者直接混和。

7.如权利要求1～3之一所述的钛合金激光强化涂层，其特征在于：所述的粘结剂为胶水、香蕉水、纤维素或环氧树脂。

8.如权利要求1～3之一所述的钛合金激光强化涂层，其特征在于：根据表面几何构形选择一定经整形后的光束进行激光处理，所述的经整形后的光束为圆形光斑或环形光斑光束；采用圆形光斑时，焦点处光斑直径在0.5mm～60mm之间；采用环形光斑时，焦点处光斑内直径不小于0.5mm，外直径不大于60mm；所述的激光处理的工艺参数如下：采用激光连续辐照，激光功率≥300W，激光功率密度≥10⁴W/cm²，扫描速度≥0.01m/min，多道扫描时搭接量5～90％。

9.如权利要求8所述的钛合金激光强化涂层，其特征在于：所述的激光处理的工艺参数如下：采用激光连续辐照，激光功率600～2500W，激光功率密度10⁴～10⁶W/cm²，扫描速度0.05～0.8m/min，多道扫描时搭接量10～30％。