[发明专利]一种激光熔覆制备非晶复合涂层的方法

说明书

本发明公开一种激光熔覆制备非晶复合涂层的方法，属于合金表面涂层改性的技术领域。本发明所述方法为：对钛合金进行预处理，将Zr粉、Al粉、Co粉按照原子比为(50～60):(15～25):(20～30)的比例混合均匀配制成熔覆粉末；将配制好的粉末和无水乙醇混合，调制成糊状粘接在钛合金基体材料表面，并在真空300‑350℃预热0.5‑1h，然后在Ar、N₂或者N₂‑Ar混合气体环境中，用激光熔覆把钛合金基材表面同预置粉末一起熔化，利用高能激光束在钛合金上制备涂层。本发明所述方法在钛合金表面制备出非晶复合涂层，从而提高基体材料表面的硬度和耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆制备非晶复合涂层的方法，属于合金表面涂层改性的技术领域。

背景技术

激光熔覆技术的研究已有约45年的历史，尽管有关的理论和试验性质的研究很多，但这项技术并未在实际工业生产中得到广泛的应用，研制激光熔覆相关的专用合金越来越受到关注。非晶态合金，也称金属玻璃。非晶合金的金属原子在三维空间的排列呈长程无序，仅保持一定范围内的短程有序。非晶态合金这种独特的晶体结构特征决定了它具有许多常规晶态合金所没有的优异性能，例如较高的硬度和强度以及优异的耐磨和抗腐烛性能。基于这些特点，通过表面工程技术在传统材料表面获得一层非晶涂层可以提高其表面硬度、耐蚀及耐磨性能，在材料表面改性领域具有十分巨大的潜在应用价值，目前受到国内外学者的广泛重视，是当前表面工程技术领域研究的热点之一。将激光熔覆技术以及非晶制备技术的优势结合起来，可以满足材料表层对高耐磨性和高耐蚀性能的要求，同时能充分发挥基体材料的强韧性优势，从而提高了材料整体的综合性能以及使用寿命。

通过对激光材料加工领域相关专利和论文的研究了解得到，非晶熔覆涂层将会成为材料表面耐磨领域研究和应用的一种极具发展应用潜力的新材料。但由于激光熔覆条件下非晶相与晶体相共存形式及形成机制还不清楚，非晶涂层的成分设计和控制、工艺参数不稳定，得到的涂层综合性能不能满足服役条件复杂场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光熔覆制备非晶复合涂层的方法，得到高硬度、高耐磨性且结合紧密的涂层，具体包括以下步骤：

（1）对钛合金进行预处理：打磨，清洗，干燥后备用；

（2）将按Zr粉、Al粉、Co粉按照原子比例为(50～60):(15～25):(20～30)混合均匀配制成熔覆粉末，Zr粉、Al粉、Co粉的纯度均不小于99.95%。

（3）将配制好的粉末和无水乙醇混合，调制成糊状粘接在钛合金基体材料表面，并在真空300-350℃预热0.5-1h，然后在保护气氛下，用激光熔覆把钛合金基材表面和预置粉末一起熔化，利用高能激光束在钛合金上制备涂层。

优选的，本发明步骤（1）具体包括以下步骤：用砂纸打磨钛合金，去除表面氧化膜，将打磨后的钛合金放入浓度为4-6%的NaOH水溶液中浸泡5-10min，然后用水冲洗，并放入无水乙醇中用超声清洗，去除表面残存的油污及杂质；清洗完毕后，在60-80℃真空环境下干燥0.5-1h。

优选的，本发明步骤（2）中球磨的参数为：球磨转速45-60r/min，球料比为15:1-20:1，球磨时间为2.5-3h，球磨后平均粒度为200-300目。

优选的，本发明步骤（3）采用的激光熔覆器为CO₂激光器，激光功率为3.5-4.0kW，光斑直径为4mm，扫描速度为350-400mm·min^-1。

优选的，本发明步骤（3）中保护气体为Ar、N₂或者N₂-Ar混合气体，流速为18-30L·h^-1。

本发明有益效果及创新点如下：

（1）本发明所述材料的宏观形貌良好，产生了稀释率低、气孔率低且结合紧密的涂层。