[发明专利]一种钛合金表面激光熔覆镍基自润滑涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金表面激光熔覆镍基自润滑涂层及其制备方法，包括：先对钛合金表面进行预处理，再按45‑55wt％的镍基合金、20‑30wt％的氮化钛、20‑30wt％的镍包二硫化钼配制原料，均匀混合后与粘结剂混匀并预置在钛合金表面，形成粘结剂预置粉末层，再激光辐照粉末熔化凝固后形成镍基自润滑复合涂层；本发明得到的镍基自润滑涂层具有良好的抗摩擦及减摩润滑作用，满足苛刻工况条件下钛合金零件的使用需求。

技术领域

本发明属于表面工程领域，尤其涉及一种钛合金表面激光熔覆镍基自润滑涂层及其制备方法。

背景技术

钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀和生物相容性好等优点，在航空航天、石油化工和生物医学领域常作为结构组件，但钛合金因其表面硬度低、耐磨性差限制其应用范围。利用表面改性技术可以在保持钛合金原有优点的情况下进一步增强其硬度和抗磨减摩性能，其中激光熔覆作为一种先进表面改性技术，利用高能量激光束聚焦能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步的粉末完全熔化、同时基材部分熔化，形成一种新的复合材料，激光束扫描后快速凝固获得与基体冶金结合的致密熔覆层，达到表面改性的目的。目前围绕激光熔覆技术制备自润滑涂层已形成以下专利：申请号为201410363359.5的中国专利公开了一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层及其制备方法，该涂层能减轻涂层自身及其与对偶件的摩擦磨损，显著提高钛合金的高温耐磨寿命，但无法保证涂层具有低摩擦系数。申请号201410680470.7的中国专利公开了一种用激光熔覆工艺在钛合金表面原位自生制备耐磨自润滑复合材料涂层的方法，该涂层中的碳化钛和碳化铝钛均为原位生成，避免了外加增强颗粒的污染问题，以及增强颗粒与基体的界面反应问题，但该涂层的增强相和润滑相是原位生成的，润滑相和增强相的比例与分布易受外界因素影响，涂层的自润滑耐磨性能无法充分体现出来。

上述现有技术中，利用激光熔覆工艺对钛合金表面进行自润滑耐磨涂层处理，通过选配适当的熔覆材料克服了熔覆层裂纹和气孔等问题，但针对润滑油脂失效或无润滑介质条件下，无法保证涂层具有高的耐磨性和低的摩擦系数。因此寻找适当的自润滑复合材料体系，通过激光熔覆工艺完成钛合金表面自润滑涂层的制备方法仍需进一步研究，目前还没有采用激光熔覆工艺在钛合金表面制备镍基自润滑涂层的相关报道。

发明内容

针对目前钛合金在润滑油脂失效或无润滑介质条件下实现抗磨减摩的难题及现有技术存在的上述缺陷，本发明的发明人经过大量研究后，发现一种钛合金表面激光熔覆镍基自润滑涂层，采用NiCrBSi/TiN/Ni包MoS₂，采用镍包二硫化钼防止MoS₂在熔覆过程中的烧损、蒸发以提供充足的润滑源，通过改变加入Ni包MoS₂的含量，选取适当激光工艺参数，制备的涂层无裂纹、无气孔、均匀、致密，与钛合金实现冶金结合后具有自润滑功能；同时还提出一种上述自润滑涂层的制备方法，可以精确控制涂层厚度，能耗和成本低，无污染且效率高。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种钛合金表面激光熔覆镍基自润滑涂层的制备方法，具体地，包括以下步骤：

(1)基材表面预处理：将钛合金基材表面打磨粗化处理，然后用酒精或丙酮清洗，自然风干；

(2)配制镍基复合涂层前驱体原料：按照45-55wt％的镍基合金、20-30wt％的氮化钛、20-30wt％的镍包二硫化钼配制原料后均匀混合；其中，所述镍基合金的粒度为45-105μm，所述氮化钛的粒度为1-3μm，所述镍包二硫化钼的粒度为1-3μm，所述镍包二硫化钼的成分为75wt％的镍和25wt％的二硫化钼；

(3)激光熔覆制备镍基自润滑涂层：将上述复合涂层前躯体原料与粘结剂按照体积比为3:1混合，并预置于经步骤(1)处理后的钛合金表面，形成粘结剂预置粉末层，预置厚度为0.8-1.2mm；再在惰性气体氩气保护下，采用脉冲Nd:YAG激光器进行激光辐照所述粘接剂预置粉末层，粉末熔化凝固后形成镍基自润滑涂层。