[发明专利]AlSi/h-BN改性的熔覆材料、金属基复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种AlSi/h‑BN改性的熔覆材料、金属基复合涂层及其制备方法，熔覆材料由Ni60A镍基合金粉末和铝硅氮化硼粉末混合而成，其中，所述铝硅氮化硼粉末的质量百分数为2.5～40％。在激光熔覆过程中，熔覆层的上部形成TiB₂，同时有TiC在TiB₂表面形核生长，在TiC形核生长的过程中，TiB₂把初生的TiC包覆起来形成TiB₂/TiC复合组织；TiB₂和TiC本身都是硬度极高的陶瓷相，而TiB₂/TiC复合组织集合了两种陶瓷相的优点，使硬度与耐磨性显著提高；Ni、Al容易固溶在Ti的晶格中，形成过饱和固溶体，引起晶格的畸变起到固溶强化作用，使熔覆层的硬度与耐磨性进一步提高。显著降低熔覆层表面的摩擦系数，产生减摩效果，进而有利于提高熔覆层的耐磨性。添加10wt.％AlSi/h‑BN熔覆层的耐磨性提高到基体的16.45倍。

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种AlSi/h-BN改性的熔覆材料、金属基复合涂层及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

钛合金作为20世纪50年代发展起来的一种新型结构金属，具有密度小、比强度高、生物相容性好、中低温性能好等优势，因此钛合金被广泛应用于航空航天、生物医疗、汽车工业、体育器材等领域。然而钛合金存在的硬度低、耐磨性能差、高温抗氧化性差等问题，不仅限制了其进一步推广应用，而且减少了钛合金零件的使用寿命，造成了钛资源的浪费。

激光表面改性技术是利用激光束快速加热工件的表面，改变其表面的结构，从而改变材料表面的物理、化学和力学性能。其中，激光熔覆具有加工效率高、环保、节省资源、热影响区小、自动化程度高、可局部加热等优点。此过程是在高能激光束的作用下，基体材料表层与熔覆材料一起迅速熔化形成熔池，在熔池中发生一系列化学反应，凝固后在基体表面形成与基材良好冶金结合的熔覆层，原位生成的物相与基体的相容性好，更有利于其表面性能的提高。

由于激光熔覆是一个急热急冷的过程，熔覆层与基体具有不同的热膨胀系数，因而熔覆过程中会产生很大的热应力。在熔覆层中的晶格交界处、气孔以及杂质夹杂处还会产生应力集中，当熔覆层中的热应力超过了材料的强度极限时，材料就会产生裂纹。而且某些激光熔覆层的耐磨性能提升不理想，难以满足某些对耐磨性要求较高的场所。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种AlSi/h-BN改性的熔覆材料、金属基复合涂层及其制备方法，制备的多元强化熔覆层，显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的第一个目的是提供一种AlSi/h-BN改性的熔覆材料，由金属基合金粉末和铝硅氮化硼粉末混合而成，其中，所述铝硅氮化硼粉末的质量百分数为2.5～40％，所述金属基合金粉末为Ni基、Fe基或Co基合金粉末，优选的为Ni基合金粉末，进一步优选的为Ni60A合金粉末。

采用该熔覆材料对钛合金表面进行激光熔覆表面改性，熔覆层与钛合金层之间存在明显的融合线，形成良好的冶金结合。且熔覆层中没有明显的裂纹和气孔，致密性良好，具有较好的质量。

在激光熔覆过程中，熔覆层的上部形成TiB₂，同时有TiC在TiB₂表面形核生长，在TiC形核生长的过程中，TiB₂把初生的TiC包覆起来形成TiB₂/TiC复合组织。TiB₂和TiC本身都是硬度极高的陶瓷相，而TiB₂/TiC复合组织集合了两种陶瓷相的优点，硬度进一步提高，对提高熔覆层的显微硬度较为有利，进而有利于提高熔覆层的耐磨性。