[发明专利]一种含稀土钛基激光熔覆耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明属于钛合金表面工程领域，特别是涉及一种含稀土钛基激光熔覆耐磨涂层及其制备方法。该涂层的熔覆粉末包括71～74wt％钛合金TC4、25wt％NiCr‑Cr₃C₂和1～4wt％CeO₂粉末；TC4粉末粒度分布在45～105μm；NiCr‑Cr₃C₂粉末粒度分布在100～150μm；CeO₂粉末粒度分布在20～40μm。该方法采用同轴送粉激光熔覆技术在TC4钛合金基体上熔覆了多道搭接钛基复合涂层。采用本方法制备的熔覆层与基体冶金结合，组织分布均匀致密，且随着CeO₂的添加，涂层的宏观质量变好、孔洞和裂纹等缺陷减少，显微组织更加致密细小，有助于改善TC4钛合金表面的耐磨性能。

技术领域

本发明属于钛合金表面工程领域，特别是涉及一种含稀土钛基激光熔覆耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

钛在地壳中含量丰富，被称为钢、铝之后的“第三金属”，又因为其在航空航天和海洋装备领域中广泛应用，又被誉为“空间金属”“海洋金属”、同时钛合金又因良好的生物相容性被称为“生物金属”。然而钛及其合金表面硬度和表面剪切模量较低，摩擦系数大，耐磨性差，不利于摩擦机构的安全性和可靠性。磨损取决于材料的表面性能，激光熔覆技术可在最小成本下显著改善材料的表面性能，近几年来被广泛用于钛合金的表面改性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可以改善钛合金表面摩擦磨损性能的含稀土钛基激光熔覆耐磨涂层及制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种含稀土钛基激光熔覆耐磨涂层，该涂层的熔覆粉末包括71～74wt％钛合金TC4、25wt％NiCr-Cr₃C₂和1～4wt％CeO₂粉末；所述TC4粉末包括89.44wt％Ti、6.36wt％Al、4.06wt％V其余为Fe、O、N；所述TC4粉末粒度分布在45～105μm；，所述NiCr-Cr₃C₂粉末包括18.0～22.0wt％Ni、9.20～10.7wt％C，其余为Cr；所述NiCr-Cr₃C₂粉末粒度分布在100～150μm；所述CeO₂粉末纯度为99.9％；所述CeO₂粉末粒度分布在20～40μm。

进一步，本发明还公开了上述含稀土钛基激光熔覆耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤，

S1、用电火花线切割机将钛合金切割成待熔覆试块；

S2、对熔覆试样进行喷砂处理，喷砂后的试块表面粗糙度R_a约为1.98～2.07μm；将喷砂后的试块放入酒精，进行超声波清洗3～6min之后吹干放入纯度为99.9％的氩气保护箱中；

S3、将熔覆粉末按配比放入混粉机混粉12h以上，将混合后的粉末放入真空干燥箱中在80℃的温度下恒温干燥10h以上；

S4、采用同轴送粉激光器，将熔覆粉末熔覆在待熔覆试块上；熔覆参数具体为，多道搭接率为50％，激光焦距16mm，激光功率为700-1100W，扫描速度为0.4m/min，送粉量为4～5g/min，光斑直径为3.0mm，其中送粉气体为氦气，气体流速为7.0L/min，熔覆过程中全程采用氩气保护，气体流速为8～15L/min。

本发明的优点及积极效果为：

采用本方法制备的熔覆层与基体冶金结合，组织分布均匀致密，且随着CeO₂的添加，涂层的宏观质量变好、孔洞和裂纹等缺陷减少，显微组织更加致密细小，有助于改善TC4钛合金表面的耐磨性能。具体的：

(1)通过本发明方法可制备出与钛合金基体呈良好冶金结合，气孔和裂纹较少的耐磨涂层；