[发明专利]一种等离子熔覆钛合金涂层的方法

说明书

本发明属于金属材料表面工程领域，尤其涉及一种等离子熔覆钛合金涂层的方法。所述方法包括：过渡层金属粉末通过等离子熔覆的方式，在基体材料表面进行过渡层熔覆；在基体材料的过渡层上，进一步将钛系金属粉末通过等离子熔覆的方式熔覆钛层，即得到钛合金涂层。本发明通过等离子熔覆技术，克服钛铁链接的难点，将钛铁进行链接，可以弥补基体不良性能，适用于各种基体规格，可以进行选区熔覆，节省熔覆材料的同时拓宽了钛合金涂层的应用；且本发明显著降低了钛的应用成本，成功结合了钛与铁二者的优点，提供一种低成本、短流程、高性能、适用于各种规格的钛合金涂层制备方法。

技术领域

本发明属于金属材料表面工程领域，尤其涉及一种等离子熔覆钛合金涂层的方法。

背景技术

钛具有比强度高、无磁性、耐腐蚀及生物相容性好等优异的机械性能及化学性能，广泛的应用于航空航天、汽车、军事、石油化工、能源、生物医学等领域，已成为许多国家大力发展的轻质金属材料，但是其价格相对昂贵，尤其是在作为机构部件使用时问题尤为突出。近些年来，我国对航空以及海洋的大力开发，钛及其产品需求日益旺盛，但我国钛资源并不丰富，而且受到生产技术水平的限制，导致我国大量钛材需要进口。

钛及钛合金涂层可以用来作为钛及其合金的替代品，其主要由钛及其合金作为表层，以普通碳钢或低合金钢作为基体，使得钛和铁实现钛铁链接，兼具钛的耐蚀性能及碳钢的强度和塑性，成本只有钛的10～20％，已经逐步应用到各个领域，因此开展钛及钛合金涂层的制备技术的研究具有非常重要的意义。

但目前将钛及钛合金涂层制备在钢材表面形成稳定钛、铁链接的有两方面难点：一方面钛、铁两种金属间物理、化学性能差异较大，使其成型变得困难，同时焊接过程中会产生大量的气孔、裂纹等缺陷；另一方面钛-铁之间形成的金属化合物在常温下能够稳定存在，且其晶体表现为本征脆性，这些化合物的存在对结合界面的性能都将产生不利影响，因此这两方面限制了钛和钢的直接复合。并且工业上所应用的轧制法、爆炸焊接等钛铁链接方法虽然可以实现性能差异较大金属的复合，但产品规格主要是厚度较大的中厚板材，并不适用于不规则零部件的制备与修复。

而目前针对钢材表面涂层的制备改进方法包括：如CN107937876A/一种具有硬度梯度层支撑的TiAlN复合超硬涂层及其制备方法的发明专利申请，其采用等离子氮碳共渗技术制备氮碳共渗层后配以离子源辅助电子束物理气相沉积技术制备氮铝钛涂层；又如CN103496211B/低碳钢表面钛-氮-碳-铝-氧纳米陶瓷涂层及其制备方法的发明专利申请，其采用渗碳配合气相沉积的的方式进行复合纳米陶瓷涂层的制备。

但是，上述工艺并非针对于钢材表面制备钛及钛合金涂层进行改进，同时目前国内外也几乎没有针对性地改进工艺，且当上述工艺用于钢材表面制备钛及钛合金涂层时，并无法实现提高钛铁链接强度的效果，并且仍存在容易产生涂层缺陷以及钛和铁的金属化合物，导致涂层与基体材料之间产生脆性，涂层容易从钢材基体上脱落等问题。

发明内容

为解决现有的钢材在表面制备钛及钛合金涂层时存在钛铁链接较难，存在如容易出现脆相、复合性差、成型困难、缺陷较多或成本过高等一系列问题，本发明提供了一种等离子熔覆钛合金涂层的方法。

本发明的目的在于：

一、有效降低现有钢系基体材料表面制备钛及钛合金涂层的难度；

二、提高钛铁链接效果；

三、提高钛及钛合金涂层与基体材料的结合强度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，

所述方法包括：

1)过渡层金属粉末通过等离子熔覆的方式，在基体材料表面进行过渡层熔覆；