[发明专利]一种TC4钛合金激光熔覆增强涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于激光增材制造技术领域，特别是涉及一种TC4钛合金激光熔覆增强涂层的制备方法。

背景技术

磨损是金属机械零件失效的3大方式(磨损、腐蚀、断裂)之一。据统计，现代工业迫切需要能在恶劣磨损工况(如高温、高速摩擦磨损等)下有效工作的零件。

激光熔覆技术是一项新兴的零件加工和表面改型技术，具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点。激光熔覆技术应用到表面处理上，可以极大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能，可以极大提高材料的使用寿命。例如，飞机结构件、发动机零部件、金属模具等高附加值零部件往往因磨损、高温气体冲刷烧蚀、高低周疲劳、外力破坏等因素导致局部破坏而失效，与电弧焊等传统修复技术相比，激光增材制造技术无论从精度和质量上都具有显著的优势。

激光熔覆技术在国内尚未完全实现产业化的主要原因是熔覆层质量的不稳定性。激光熔覆过程中加热和冷却的速度极快，由于熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数间存在差异，因此有可能在熔覆层中产生多种缺陷，主要包括气孔、裂纹、变形和表面不平度。现有的TC4钛合金激光熔覆涂层硬度不是很高，而且还会出现大量的裂纹与气孔，因此不能保证在极为严重的磨粒磨损工况下零件的使用寿命；另外，激光熔覆常用的粉末中多含有铬，因此极易对环境造成污染。所以，找到一种能够提高TC4钛合金激光熔覆涂层的硬度与组织稳定性的方法十分重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种TC4钛合金激光熔覆增强涂层的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的TC4钛合金激光熔覆增强涂层的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤一：以TC4钛合金材料作为熔覆的基体，将其表面用砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净表面的油污和锈迹，以对基体进行预处理；

步骤二：将碳化钛粉末和TC4钛合金粉末以20～40∶60～80的质量比混合均匀而制成混合粉末，然后在上述经过预处理的基体表面平铺一层混合合金粉末；

步骤三：以氩气作为保护气体，将上述混合合金粉末在4～10mm的光斑宽度、1200W激光功率、3mm/s扫描速度、160mm焦距下利用高功率半导体激光器熔覆在基体的表面，然后室温下快速冷却而形成一层激光熔覆涂层。

在步骤一中，所述的砂纸的目数为600目。

在步骤二中，所述的混合合金粉末层的厚度为3～4mm。

在步骤二中，所述的碳化钛的粒度为：30～50μm，TC4钛合金粉末的粒度为：40～100μm。

本发明提供的TC4钛合金激光熔覆增强涂层的制备方法具有以下优点：

1、激光熔覆用合金粉末既有较高的硬度、又有优异的耐磨性和耐腐蚀性；

2、TC4钛合金粉末相比于其他合金粉末，不仅拥有良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用，而且其成分中不含铬，在实验或生产中不会对环境造成污染；

3、碳化钛不仅韧性好、硬度高、抗冲击载荷及抗磨粒磨损能力强，与基体金属结合具有较好的抗界面腐蚀磨损性能，而且与镍基金属液润湿性好，与其他金属陶瓷颗粒(如碳化钨等)相比易于获得；

4、激光光斑宽度大，能得到较大面积的熔覆层；

5、在激光熔覆涂层与基体的结合区部分无任何裂纹与气孔，并且经实验测试激光熔覆涂层的强度高。

附图说明

图1为本发明实施例一制备的激光熔覆涂层的SEM金相图。

图2为本发明实施例二制备的激光熔覆涂层的SEM金相图。

图3为本发明实施例三制备的激光熔覆涂层的SEM金相图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明提供的TC4钛合金激光熔覆增强涂层的制备方法进行详细说明。

实施例一：

本实施例提供的TC4钛合金激光熔覆增强涂层的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤一：以TC4钛合金材料作为熔覆的基体，将其表面用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净表面的油污和锈迹，以对基体进行预处理；

步骤二：将碳化钛粉末和TC4钛合金粉末以20∶80的质量比混合均匀而制成混合粉末，然后在上述经过预处理的基体表面平铺一层混合合金粉末；混合合金粉末层的厚度3mm；