[发明专利]在钛金属表面制备Ti-Al-Nb合金涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面改性领域，尤其是一种钛金属表面改性技术，具体地说是一种在钛金属表面制备Ti-Al-Nb合金涂层的方法。

背景技术

钛金属具有比强度高、耐蚀性优异、生物相容性好等突出优点，在航空航天、武器装备以及民用工业领域有着广泛的应用。但其硬度较低、摩擦系数较大、耐磨损性较差，限制了其性能的充分发挥。

众所周知，TiAl金属间化合物是一种极具竞争力的轻质、耐磨、耐高温、耐氧化结构材料，其中β型γ-TiAl还具有良好的塑性和韧性，是近年来金属间化合物领域的研究热点。

激光熔覆、激光合金化技术是一种能同时改变材料表面物理性质和化学性质的处理技术，具有升温速度快、温度高、冷却快、冶金质量高、界面结合好等工艺特点，已成为涂层制备的一种重要方法。

到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的在钛金属表面制备Ti-Al-Nb合金涂层的工艺方法可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。

发明内容

本发明的目的针对现有的钛金属表面硬度较低、摩擦系数较大、耐磨损性较差，限制了其性能的充分发挥的问题，发明一种在钛金属表面制备高质量Ti-Al-Nb合金涂层的方法，以便提高钛金属的耐磨、耐氧化等性能，同时保持其质轻的特点。

本发明的技术方案是：

 一种在钛金属表面制备Ti-Al-Nb合金涂层的方法，其特征是它由混合粉压实片预制和激光熔覆处理二个步骤组成，所述的混合粉由Ti粉、Al粉、Nb粉和Y₂O₃粉组成，它们的质量百分比分别为：Ti粉53-55%，Al粉29-31%，Nb粉14.-15 %，Y₂O₃粉0.5-0.8%；

所述的混合粉压实片预制是指将上述质量比例的Ti粉、Al粉、Nb粉和Y₂O₃粉先用球磨机混合均匀，然后烘干，最后在压力机上压制成厚度不超过1毫米的压实片；

所述的激光熔覆处理是指将预制所得的压实片放置在经清洁处理的钛金属表面，然后进行激光熔覆加工。

所述的混合粉压实片最佳配比为由质量百分比分别为：Ti粉54.56%、Al粉30.22%、Nb粉14.56 %和Y₂O₃粉0.66%组成。

本发明的有益效果是：

（1）    本发明Ti-Al-Nb合金涂层组织致密，与钛基体呈冶金结合，涂层硬度高、耐磨性好。

（2）    本发明混合粉在激光熔覆过程中发生了冶金反应，涂层的相组成为Ti₃Al、AlNb₂金属间化合物。

（3）    本发明Ti-Al-Nb合金涂层沿横切面的硬度变化小，硬度约为HV 530~600，比基体硬度（约HV350）提高51~72%，涂层耐磨性约为基体3倍。

附图说明

图1 是本发明实施例一的Ti-Al-Nb合金涂层的横切面金相照片。

图2 是本发明实施例一的Ti-Al-Nb合金涂层横切面过渡区扫描电子显微镜形貌照片。

图3 是本发明实施例一的Ti-Al-Nb合金涂层表面的X射线衍射图。

图4 是本发明实施例一的Ti-Al-Nb合金涂层的硬度沿层深变化曲线。

图5 是本发明实施例一的Ti-Al-Nb合金涂层的摩擦系数图。

图6 是本发明实施例一的Ti-Al-Nb合金涂层的磨损表面形貌图。

图7 是本发明实施例一的基体的磨损表面形貌图。

图8 是本发明实施例二的Ti-Al-Nb合金涂层的横切面金相照片。

图9 是本发明实施例三的Ti-Al-Nb合金涂层的横切面金相照片。

图10 是本发明实施例四的Ti-Al-Nb合金涂层的横切面金相照片。

具体实施方式：

以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步说明。

实施例一

如图1－7所示。

一种钛金属表面Ti-Al-Nb合金涂层，其制备方法为：

首先，取Ti粉54.56克、Al粉30.22克、Nb粉14.56克和Y₂O₃粉0.66克，置于球磨机内混合均匀（球磨工艺可采用现有技术加以实现），取出烘干，在压力机上压制成片（厚度约为0.7ｍｍ，可以最厚压制成1毫米厚）得到预制压实片。