[发明专利]一种通过氩弧熔覆/激光重熔制备Deloro基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种用化学方法制备Deloro基复合材料的方法。步骤如下：用粘结剂将一定质量分数比例Deloro22‑Si₃N₄‑B₄C混合粉末预置于TA1钛合金表面，后采用氩弧熔覆工艺对预置层进行处理，形成氩弧熔覆层，相关工艺参数：焊接电流10～80 A，焊接电压10～25 V，焊接速度0.5～15 mm/s，氩气保护气流量20 L/min。对氩弧熔覆复合材料表面进行激光重熔处理，激光重熔工艺参数：激光功率0.85 kW，扫描速度4 mm/s，氩气保护气流量25L/min，多道搭接率30%。经上述处理后，TA1钛合金表面硬度得到大幅度的提升。本发明能够获得位于钛合金表层呈非晶‑纳米态且具有极高硬度的复合材料。

技术领域

本发明涉及一种氩弧熔覆/激光重熔制备钛合金表面Deloro基复合材料的方法，属于材料表面强化技术领域。特别涉及一种利用氩弧熔覆/激光重熔工艺制备Deloro22-Si₃N₄-B₄C非晶-纳米化复合材料的方法。

背景技术

氩弧熔覆是一种堆焊工艺方法，所形成熔池具备缓慢固化特性，可有效降低温度梯度和应力场，使熔覆层有足够时间来形成均匀的组织结构并在一定程度上消除孔隙和裂纹，从而达到增强材料表面的目的；氩弧熔覆技术可有效提高熔覆材料的表面硬度，改善材料表面耐磨性，具有操作方便、结合牢固等诸多优点；激光重熔技术可极大提高熔池冷却速率，保证形成非晶/纳米晶复合材料。由于在氩弧熔覆/激光重熔综合作用下预熔粉末熔化，导致其中诸如Si，B，C等具有小原子半径的非金属元素进入激光熔池，可有效增加原子堆垛密度，利于增强过冷液相稳定性，促使涂层中产生非晶相；且Ni、Fe基合金具有极强非晶形成能力。因此，Deloro22中大量Ni、Fe元素进入熔池也利于非晶相产生。

发明内容

基于上述科学原理，本发明提出了一种能够降低生产成本，通过氩弧熔覆/激光重熔工艺制备钛合金表面复合涂层的方法。扫描电镜图1a显示，Deloro22-Si₃N₄-B₄C氩弧熔覆层具有较为致密的组织结构，但其中却存在微裂纹及大量较为粗大的块状/棒状析出物；图1b显示长条状析出物产生于基材与复合涂层之间的结合区；图1c证实，一些较为粗大的陶瓷块状析出物（如TiC或TiB₂）产生于复合涂层中部。

如图2a所示，Deloro22-Si₃N₄-B₄C氩弧熔覆层经激光重熔工艺后，大量玻璃状非晶块产生于重熔层上部；图2b表明，大量枝晶状析出物产生于重熔层下部；图2c则显示重熔层中部呈网状结构。

在图3为经氩弧熔覆、激光重熔后复合涂层的微观结构演变的示意图，表明Deloro22-Si₃N₄-B₄C氩弧熔覆层经激光重熔处理后，组织结构变得更为致密，且产生了大量的非晶及纳米晶相，均利于提升复合涂层的力学性能。

综合分析，用激光重熔工艺处理Deloro22基氩弧熔覆层的目的，即通过激光重熔形成高温急冷熔池中各元素之间的化学反应使钛合金表面涂层产生裂纹的几率减少并形成新物相，从而达到改善熔覆层性能的目的。

本发明通过在TA1钛合金表面氩弧熔覆Deloro22-Si₃N₄-B₄C混合粉末形成复合涂层；而后对该复合涂层表面进行激光重熔处理，达到改善材料表面性能目的。

具体步骤：

（1）将水玻璃（Na₂O·NSiO₂）所制粘结剂滴入Deloro22-Si₃N₄-BC混合粉末，充分搅拌均匀后预置于TA1钛合金10 mm×10 mm表面；