[发明专利]一种含稀土的钛合金表面自润滑耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明属于固体润滑涂层领域，尤其涉及一种含稀土的钛合金表面自润滑耐磨涂层及其制备方法。该自润滑耐磨涂层由熔覆材料在钛合金基材表面经同轴送粉激光熔覆技术制得，熔覆粉末包括30wt.％TC4粉末、29～33wt.％Ni60粉末、35wt.％镍包石墨粉末和2～6wt.％Y₂O₃粉末；钛合金基材为Ti‑6Al‑4V钛合金。该方法具有激光能量密度大，热影响区小，加热冷却速度快，稀释率低，工艺过程自动化，材料消耗少，无污染等突出特点。通过控制熔覆材料含量及优化熔覆工艺参数，制备的涂层均匀、致密，无裂纹气孔等缺陷，且与基材冶金结合良好，涂层具有较高的显微硬度及较低的磨擦系数，磨擦磨损性能显著提升。

技术领域

本发明属于固体润滑涂层领域，尤其涉及一种含稀土的钛合金表面自润滑耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

随着国产大飞机C919的成功研发，国内飞机制造维修相关产业链得到了蓬勃发展，作为飞机发动机和机身常用材料的钛合金，由于其密度低、屈强比高、耐腐蚀等优点，在飞机机身轻量化设计，提升飞机发动机瞬态响应等方面起到了至关重要的作用。但钛合金存在硬度低、耐磨性差等缺陷，在高速气动载荷和极端苛刻服役工况下，钛合金零部件(如压气机叶片、襟翼滑轨等)极易遭受磨损和破坏，其长寿命安全服役受到了巨大挑战。

激光熔覆技术作为一种高效、经济的表面改性技术，具有加热速度快、涂层与基体结合强度高，且过程易于实现自动化等特点。因此，国内外研究学者广泛地采用激光熔覆技术在钛合金表面制备功能复合涂层，以提高其磨擦磨损性能。目前，通过激光熔覆技术制备的多功能复合涂层主要包括以下两个发展方向：一是在熔覆材料体系中合成或加入高硬度陶瓷增强材料，可显著增加涂层硬度和耐磨性，但面临的问题是大量陶瓷相使涂层开裂明显；二是在涂层中原位合成一定增强颗粒的同时，合成或添加润滑剂，使涂层具备自润滑功能，该类涂层可不必一味追求高硬度来增加涂层磨擦学性能，是未来值得推广和应用的一个重要研究方向。

稀土元素具有独特的电子结构，化学活性强，在熔覆材料中加入稀土，可抑制熔覆层裂纹和气孔的产生，改善涂层的成形质量；同时能够细化晶粒、改善晶界状态、抑制柱状晶生长，优化涂层显微组织，并且能在一定程度上提高熔覆层的硬度，改善熔覆层力学性能、耐磨损性能和抗高温氧化性能，对钛合金激光表面改性具有重要意义。因此，利用稀土元素对钛合金表面进行改性引起了国内外研究学者的重视。

发明内容

针对钛合金硬度低，耐磨性差等问题及现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种含稀土的钛合金表面自润滑耐磨涂层及其制备方法，目的是通过在熔覆材料体系中添加适量稀土氧化物Y₂O₃，获得成形质量良好，减磨、耐磨性能优异的耐磨自润滑涂层。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种含稀土的钛合金表面自润滑耐磨涂层，该耐磨涂层由熔覆材料在钛合金基材表面经同轴送粉激光熔覆技术制得，其特征在于：所述熔覆粉末按质量百分数记，包括作为基体合成材料的30wt.％TC4粉末、29～33wt.％的Ni60粉末、35wt.％的镍包石墨粉末和2～6wt.％的Y₂O₃粉末；所述钛合金基材为Ti-6Al-4V钛合金。

进一步，所述TC4粉末粒度为45-105μm。

进一步，所述TC4粉末的成分包括6.36wt.％Al，4.06wt.％V，0.0112wt.％N，0.05wt.％Fe，0.077wt.％O，余量为Ti。

进一步，所述Ni60粉末粒度为40-100μm。

进一步，所述Ni60粉末成分包括15.5wt.％Cr，3.5wt.％B，4.0wt.％Si，5.0wt.％Fe，3.0wt.％W，0.8wt.％C，余量为Ni。

进一步，所述镍包石墨粉末粒度为30-100μm。