[发明专利]一种激光熔覆涂层粉末及制备方法

说明书

本发明公开一种激光熔覆涂层粉末及制备方法，激光熔覆涂层粉末的组成及摩尔分数为：TiAl粉末：90%~99%，B粉末：1%~10%；制备方法包括金属基体选择及预处理，粉末配比及球磨，粉末预置，激光熔覆，TiAl和B通过CO₂激光束的作用发生原位反应，在金属基体表面生成以TiB、TiB₂为增强相的TiAl基合金涂层，本发明激光熔覆涂层硬度较高，具有良好的耐磨性和耐蚀性，激光熔覆涂层与基体呈冶金结合且结合情况良好。

技术领域

本发明涉及了一种激光熔覆涂层粉末及制备方法，属于激光熔覆金属材料表面改性技术领域。

背景技术

铝合金的密度小、比强度高、热胀系数低、且易于加工，其导电、导热、塑性、可焊和力学性能良好。铝合金作为轻质结构材料普遍应用于航空、航天、汽车、船舶等工业领域。但其固有的摩擦磨损和高温抗氧化性能差的特点又限制了在复杂环境或恶劣工况下进一步的使用。同样地，钛合金由于其比强度高、比刚度高、优异的耐酸耐碱腐蚀性能以及良好的生物相容性而被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车船舶以及军事化工等各个领域。但是，钛合金在高温下尤其是400℃以上的工作条件下，其耐磨性和抗氧化性会大幅度降低，引起失效，从而限制了其进一步的应用。

根据目前的研究现状，激光熔覆技术主要用于通过涂覆涂层来增加基体的抗氧化性、耐磨性，修复失效零件。这种加工方法可以节约成本，简单且易于实现。但是激光熔覆过程属于非平衡凝固，具有快速加热和冷却的特点，涂层不可避免的存在较大的应力，引起裂纹和气孔等难以消除的缺陷。这就限制了激光熔覆技术在工业中的进一步应用。

TiAl金属间化合物具有密度低、比强度和比弹性模量高、阻燃和抗氧化性好、抗蠕变和抗疲劳性能优良等特点，在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度，同时有良好的抗蠕变及抗氧化能力，可作为一些机械零件表面耐蚀、耐高温、抗氧化的增强体防护层。这些优点同样使其成为航空用发动机及汽车耐热结构件最具竞争力的材料。

目前较多的涂层制备方法是通过单质粉末制备而成，而在激光熔覆实验中，实验温度较高，比如Al粉属于典型的轻金属，由于其熔点、沸点与密度相对较低，粉末质量相对较小，在这种情况下十分容易挥发和飞溅，单质铝很难进行激光熔覆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光熔覆涂层粉末及制备方法，得到一种抗氧化性、耐磨性能优异且基体与涂层结合情况良好的涂层。

一种激光熔覆涂层粉末，其组成及摩尔分数为： TiAl粉末：90%~99%，B粉末：1%~10%。

所述TiAl粉末的平均粒度为120~150目，B粉末的平均粒度为200~250目。

所述TiAl粉末中Ti和Al的原子比为1:1。

本发明还提供所述激光熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）对基材进行预处理：将金属基体打磨光亮并清洗，干燥后备用；

（2）按比例称量激光熔覆涂层粉末混合真空球磨；

（3）将步骤（2）的混合粉末在金属基体上制成长条状预置层，预置层厚度为1~2mm，将预置好的试样进行干燥；

（4）将步骤（3）中制备好的试样进行激光熔覆，利用合金粉末之间的原位自生反应在金属基体表面制备出激光熔覆层。

步骤（1）金属基体为钛合金。

步骤（1）打磨光亮并清洗的具体步骤：金属基体表面用200目砂纸打磨后再用400目砂纸进行打磨，打磨至表面无粗大的划痕，使磨痕方向一致，表面光亮，再用酒精和丙酮进行清洗，去除金属基体表面的氧化膜和油污。

步骤（2）真空球磨参数：真空条件下，球磨转速40~60r/min，球料比为 15:1~20:1，球磨时间为 2~3h。