[发明专利]一种具有球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层

权利要求书

1.一种具有球形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加工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，辐照过程中熔池温度需保持在1600～3300℃之间，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钛的球形氮化物粉末，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；所述的钛的球形氮化物粉末为球形或近球形的纯钛或钛合金粉末经过氮化处理获得的球形或近球形氮化物粉末，其粒径在10～200μm之间；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单质的质量百分比在40～90％之间，合金的质量百分比在≦16％，钛的球形氮化物粉末的质量百分比在0.5～30％之间，并且粘结剂的质量百分比≦50％。

2.如权利要求1所述的具有球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层，其特征在于：Ti单质的质量百分比为51～90％，合金的质量百分比为3～14％，钛的球形氮化物粉末的质量百分比为1～15％，粘结剂的质量百分比为3～40％。

3.如权利要求1所述的具有球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层，其特征在于：Ti单质的质量百分比为59～85.5％，合金的质量百分比为3.5～15％，钛的球形氮化物粉末的质量百分比为3～11％，粘结剂的质量百分比为5～30％。

4.如权利要求1所述的具有球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层，其特征在于：Ti单质的质量百分比为69～75％，合金的质量百分比为5～10％，钛的球形氮化物粉末的质量百分比为5～15％，粘结剂的质量百分比为5～20％。

5.如权利要求1～4之一所述的具有球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层，其特征在于：所述钛的球形氮化物粉末的氮含量在6％～30％之间。

6.如权利要求1～4之一所述的具有球形颗粒增强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的质量比例为1：0.45～0.85。

7.如权利要求1～4之一所述的具有球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层，其特征在于：在表面待处理区域预置特殊增强材料粉末和粘结剂后，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；激光处理的工艺参数如下：

采用激光辐照，激光功率≥300W，激光功率密度≥10⁴W/cm²，扫描速度≥0.05m/min，多道扫描时搭接量5～90％。

8.如权利要求1～4之一所述的具有球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层，其特征在于激光处理的工艺参数为：激光功率600～3500W，激光功率密度10⁴～10⁶W/cm²，扫描速度0.1～1.8m/min，多道扫描时搭接量10～30％。

9.如权利要求7所述的具有球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层，其特征在于：具有球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层包括球形颗粒增强层和界面过渡层，该球形颗粒增强层具有粒径在5～80μm之间的大尺度球形或近球形氮化物增强颗粒，显微观察呈纠缠态或弥散态分布，其厚度>400μm；界面过渡层位于大尺度球形颗粒增强层和钛合金基体之间，厚度介于100～600μm之间，其与大尺度球形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。

10.如权利要求1～4之一所述的具有大尺寸球形颗粒增强的钛合金激光强化涂层，其特征在于所述制备方法还通过如下步骤形成更大厚度的复合涂层：在上述步骤(2)获得的强化涂层表面制备一层不含增强成分的纯钛或钛合金基底层，然后在其上重复步骤(1)和步骤(2)的操作，从而可在钛合金表面形成包含多个复合涂层形成多层结构的强化涂层。