[发明专利]钛合金基体表面高硬耐磨涂层制备方法

说明书

本发明公开了一种钛合金基体表面高硬耐磨涂层制备方法，是先采用冷气动力喷涂技术，在表面粗化处理并预热的钛合金基体上喷涂圆球形H13粉末，形成厚度50～105µm的H13涂层，再将钴合金粉末采用激光熔覆技术熔覆在H13涂层表面，得到钴合金熔覆涂层。本发明将冷气动力喷涂技术与激光熔覆技术相结合，在钛合金基体表面制备出高硬耐磨金属复合涂层，制备工艺简单，金属复合涂层无裂纹，无孔洞缺陷，熔覆层致密且厚度一致，表面粗糙度低，性能良好，涂层与基体表面结合强度高，可达45～55MPa。

技术领域

本发明属于金属材料表面处理技术领域，涉及一种针对钛合金材料的表面改性处理方法，特别是一种在钛合金表面制备金属复合涂层的方法。

背景技术

钛合金材料不仅密度低、比强度高，而且高温力学性能及耐腐蚀性能优异，被广泛应用于航空、航天、化工、石油等多个行业中。

但是，钛合金材料也存在着摩擦系数高、耐磨性差、高温高速摩擦易燃等缺点，在制造技术及材料性能要求日益提高的今天，严重限制了钛合金材料的应用。为此，国内外材料研究工作者针对离子注入、气相沉积及微弧氧化等表面改性技术在钛合金基体上的应用进行了广泛研究，希望能够在钛合金表面制备出性能优异的涂层，以提高钛合金材料的表面性能。

近年来，激光技术得到了迅速发展，已成为材料焊接、切割加工、成型制造和表面改性的一种有效手段。激光熔覆作为表面改性技术的一种，其以激光束作为热源，在基体材料表面熔接一层增强相材料，从而将基体材料与增强相材料冶金结合在一起，大幅度提高材料的使用寿命。激光熔覆技术具有瞬间加热温度高、冷却速度快、对工件热影响小、熔覆层与基体结合强度高等优点。

然而，受到涂层材料与基体相容性、热物理性差异等因素的影响，在钛合金基体上直接激光熔覆熔覆涂层，会导致涂层与基体结合强度降低，所熔覆涂层的组织致密性较差以及涂层表面粗糙度增大。

发明内容

本发明的目的是克服钛合金材料摩擦系数高、耐磨性差的问题，提供一种工艺简单的钛合金基体表面高硬耐磨涂层制备方法。

本发明所述的钛合金基体表面高硬耐磨涂层制备方法是采用冷气动力喷涂技术与激光熔覆技术相结合，在钛合金基体表面制备高硬耐磨涂层，具体制备过程如下所述。

1）、对钛合金基体表面进行清洁处理和粗化处理，并预热至100～300℃。

其中，所述的清洁处理采用砂纸打磨后再溶剂清洗的方法，目的是除去钛合金基体表面的所有污垢，如氧化皮、油渍、油漆及其他污物，关键是除去基体表面和渗入其中的油脂。优选地，使用的溶剂可以是丙酮、乙醇或三氯乙烯。

所述粗化处理采用喷砂技术进行，目的是增加基体与涂层间的接触面，增大涂层与基体的机械咬合力，使清洁处理过的基体表面更加活化。同时，基体表面粗化处理还能够改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度有利。

具体地，所述粗化处理使用砂粒粒度为16～40^#的粗砂，喷砂压力0.3～0.7Mpa。

作为优选，本发明将钛合金基体表面粗化至粗糙度为5～10Ra。

本发明将所述处理后的钛合金基体放入真空加热炉中进行预热处理。预热的目的是消除基体表面的水分和湿气，提高喷涂粒子与基体表面接触时的界面温度，以提高涂层与基体的结合强度，减少因基体与涂层材料之间热膨胀差异造成的应力导致的涂层开裂。

2）、将H13模具钢粉末进行雾化造粒处理，制备成圆球形H13粉末。

本发明是采用压力式喷雾器对所述H13模具钢粉末进行雾化造粒处理，以将粉末颗粒制备成均匀的圆球形形状。

具体地，是将所述H13模具钢粉末配制成料浆，送入压力式喷雾器的旋转室中，由旋转盘雾化器高速旋转雾化形成雾滴，再进入喷雾干燥室中，由热空气干燥制成圆球形H13粉末。