[发明专利]一种纳米B4C改性减摩耐磨激光熔覆层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米B₄C改性减摩耐磨激光熔覆层及其制备方法，现有技术中钛合金的激光熔覆层表面硬度低、耐磨性差以及熔覆层中容易出现裂纹和气孔的问题，制备的熔覆层具有良好的耐磨性，并且可以大大缓解熔覆层中出现裂纹和气孔的问题。技术方案包括如下步骤：以钛合金为基材，以镍基自熔性合金粉末和纳米B₄C为熔覆材料，通过激光熔覆制备而成。

技术领域

本发明属于金属材料表面强化与改性领域，具体涉及一种纳米B₄C改性减摩耐磨激光熔覆层及其制备方法。

背景技术

钛合金作为20世纪40年代末发展起来的一类新型结构材料，由于其密度小、比强度高、中低温性能好、耐腐蚀等特点，在航空航天、汽车工业、体育器材、石油化工、医疗等领域得到广泛应用。以汽车制造领域的应用为例，钛合金主要用于发动机元件和汽车底盘零部件的制造，如发动机上的连杆、气门、阀簧，底盘上的悬挂弹簧、排气系统、消音器紧固件等。与钢制零件相比，钛合金连杆可减重15％～20％，有效减轻发动机质量，提高燃油利用率；钛合金气门可减重40％以上，对提高极限转速、节省燃油和降低噪声十分有利。

然而，钛合金的硬度低、耐磨性及抗高温氧化能力差，这些不利因素极大地限制了钛合金的进一步推广应用。为了解决上述问题，国内外的研究学者尝试利用化学热处理(渗碳、渗氮)、离子注入、等离子喷涂、气相沉积和微弧氧化等方法对钛合金进行表面处理，有效地提高了钛合金的表面性能。

随着高性能激光器的开发与应用，激光表面改性技术也成为钛合金表面强化与改性领域的研究热点之一，比较有代表性的有脉冲激光沉积、激光冲击硬化、激光熔凝、激光合金化、激光熔覆等。其中，激光熔覆技术具有环保、生产效率高、适用于处理不规则零件，制备出的涂层热影响区小、与基材达到冶金结合等优点。在钛合金表面制备激光熔覆层，可以提高钛合金的表面硬度和耐磨性，有利于扩大钛合金在摩擦场合的应用范围。但是现有的激光熔覆方法制备的熔覆层还是存在表面硬度低、耐磨性差的问题，而且熔覆层中容易出现裂纹和气孔，这也是制约熔覆层质量提高的关键因素。

综上所述，现有技术中钛合金的激光熔覆层表面硬度低、耐磨性差以及熔覆层中容易出现裂纹和气孔的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种纳米B₄C改性减摩耐磨激光熔覆层及其制备方法。利用激光熔覆技术在钛合金表面制备陶瓷强化金属基复合熔覆层，提高基材的表面硬度与耐磨性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种纳米B₄C改性减摩耐磨激光熔覆层的制备方法，包括如下步骤：以钛合金为基材，以镍基自熔性合金粉末和纳米B₄C为熔覆材料，通过激光熔覆制备而成。

纳米n-B₄C引入熔覆材料，采用“Ni60A+n-B₄C”复合熔覆材料体系，在适宜的激光工艺参数条件下，制备了与基材实现冶金结合的复合熔覆层，由于纳米B₄C的存在，复合熔覆层中存在团聚状和球状石墨，在磨损过程中，石墨可以起到一定的减摩作用，使制备的复合熔覆层具有较低的摩擦系数。而且制备得到的熔覆层的平均显微硬度为1200-1500HV_0.2，具有较高的显微硬度。较低的摩擦系数和较高的显微硬度的协同作用，大大提高了钛合金的耐磨性。

进一步的，所述镍基自熔性合金粉末为Ni60A自熔性合金粉末。

Ni60A自熔性合金粉末中由于含有少量Si,B等元素，具有强烈脱氧造渣能力。在激光熔覆中，B,Si等元素可优先与涂层中的氧和基材表面的氧化物反应生成低熔点的硼硅酸盐熔渣，浮到熔池表面，从而减少熔覆层的含氧量和夹渣，提高基体材料与涂层的润湿性和熔覆层成型性。