[发明专利]一种WC颗粒增强复合涂层

说明书

一种WC颗粒增强复合涂层，为了提高 Ti6Al4V钛合金的耐磨特性，在Ti6Al4V钛合金表面利用激光沉积制备了以 WC颗粒为强化相的涂层。WC颗粒增强相均匀弥散分布在基体中，颗粒发生了部分熔化，从颗粒中心到基体分布呈现出不同的形态和组分。由于未熔WC 颗粒和生成的 TiC 弥散强化及激光沉积基体组织的细晶强化作用，基材的硬度和耐磨性均得到了提高。在相同的摩擦磨损条件下，基材的体积磨损量是复合涂层的55. 2倍。

所属技术领域

本发明涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种WC颗粒增强复合涂层。

背景技术

Ti6Al4V 钛合金耐磨性能较差，限制了其性能潜力的发挥。为提高钛合金的耐磨性，进行了高温渗碳及渗氮表面热处理、物理气相沉积及化学气相沉积硬质耐磨层及等离子喷涂等研究，然而表面涂层和改性技术都存在不足，涂层组织中不可避免地存在一定量的疏松、微裂纹、孔隙等缺陷，尤其是涂层与基体之间结合力弱，在接触机械应力和热应力联合作用下容易发生界面脱落现象。

目前广泛研究和应用的复合材料层主要有碳化物陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷及金属化合物等，SiC、TiC、Al₂O₃、TiB₂、WC等高硬度陶瓷相的应用，使涂层的耐磨性得到了很大的提高。激光熔覆技术由于能量密度高、热影响区小等优点已经普遍用于制备金属陶瓷复合涂层材料，将金属的强韧性和陶瓷优异的耐磨、耐蚀性能有机结合，显著提高材料的耐磨性能。但是颗粒熔化和复合涂层开裂倾向大是目前存在的主要问题。虽然通过优化工艺参数等方法可以改善开裂等问题，但是未从本质上解决问题，而控制成分梯度变化被证明是解决开裂的一种有效的手段。而激光沉积成形技术是基于激光熔覆技术和快速成形技术，可通过精确控制两种或多种材料粉末的同轴输送实现材料组成、微观组织结构和性能的梯度分布，避免传统的粉末冶金法、熔铸法、燃烧合成法等技术制备的涂层存在明显的界面，易发生剥落损伤的缺点。

发明内容

本发明的目的是为了改善Ti6Al4V 钛合金的耐磨性，设计了一种WC颗粒增强复合涂层。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

WC颗粒增强复合涂层的制备原料包括：选择尺寸为100mm×60mm×30mm的Ti6Al4V 合金作为基材，沉积用材料为球形Ti6Al4V粉(粒度为44-100μm)和WC粉末(粒度为40-110μm)混合粉末。

WC颗粒增强复合涂层的制备步骤为：用砂纸打磨掉基材氧化层，用酒精清洗去除基材表面杂质， 将两种粉末分别放入送粉器的两个料仓，通过控制不同粉仓的送粉速率，使各沉积层组分按一定规律改变，WC的质量分数从第一层的0增至最后一层为20%。成形层数为6层，每层1mm，将基板和粉末在150℃真空干燥机中烘干5h。实验用激光器为5kW功率CO₂横流激光器，惰性气体动态保护系统的真空度可达10^-2Pa，充纯度为99.99%氩气，氧气含量<5×10^-5。激光加工工艺参数为激光功率1800-2100W，焦距300mm，扫描速度2-10mm/s，同轴送粉速度3g/min，多道搭接率33%，载气压力0.2MPa，载气流量3L/min。

WC颗粒增强复合涂层的检测步骤为：采用SSX-550型扫描电镜(SEM)和OLYMPUS-DP71型光学显微镜(OM)分析梯度复合涂层的组织。用MVK-300型显微硬度计检测试样硬度，压头为正四棱锥金刚石，载荷砝码为100g，实验力保持时间20s。磨损实验在SRV-3摩擦磨损实验机上进行，对磨副为GCr15钢球，条件为室温大气干滑动摩擦磨损。用试样的磨痕体积来表征涂层的耐磨性能。实验时将试样表面研磨平整、清洗后将基材和试样分别粘贴在厚度为5mm的实验机自带圆柱体上表面中心位置。