[发明专利]一种Ti-Al-N-Nb四元涂层的制备方法

说明书

本发明属于高温防护涂层的制备技术领域，特别涉及一种Ti‑Al‑N‑Nb四元涂层的制备方法。以激光为能量源，利用送粉式激光快速成形设备，通过设置合理的工艺参数，以市售的Ti2AlNb粉作为原料，在喷砂处理后的成形基板上直接熔化沉积获得Ti‑Al‑N‑Nb四元涂层，得到的Ti‑Al‑N‑Nb四元涂层致密无缺陷，涂层中氮化物主要以枝晶的形式存在。本方法制备Ti‑Al‑N‑Nb四元涂层过程无需模具，涂层成形质量好，组织均匀，具有较好的综合力学性能。

技术领域

本发明属于于高温防护涂层的制备技术领域，涉及一种送粉式激光快速成形技术，特别涉及一种Ti-Al-N-Nb四元涂层的制备方法。

背景技术

随着制造业领域的发展，人们对金属性能的要求愈来愈高。目前，在不降低金属整体性能的前提下，改性、涂覆等表面强化技术是提高金属使用寿命的有效途径。氮化物硬质膜层具备拥有高硬度、高耐磨性、高熔点、良好的热稳定性、优越的高温强度以及优异的化学惰性等特点的潜力，适用于高速切削高合金钢、不锈钢、钛合金、镍基合金等材料，已然成为国内外研究热点并被广泛应用。

如今已形成产业化且广泛应用的氮化物硬质涂层为TiN涂层。该涂层具备良好的耐磨性能和机械性能，但是当使用温度达到临界氧化温度时，该涂层会快速氧化失效进而失去防护能力。Ti-Al-N三元涂层由于其氧化温度高、热硬性好、附着力强、热导率低等特点，弥补了TiN涂层不能在高温条件下继续服役的不足。基于固溶强化和复杂合金化思想，研究人员考虑在Ti-Al-N三元氮化物的基础上添加合金元素(Nb、Cr、Zr、W、Hf、Ta、Y、Mo、V等)从而得到四元甚至更多元的氮化物涂层，基于不同合金元素的性能，相比于Ti-Al-N三元涂层，该类涂层在膜基结合力、硬度、抗氧化性、耐磨性等方面均得到了不同程度的改善。

但目前鲜有多元(四元以上)氮化物硬质涂层的制备方法，现有技术中均通过离子沉积原理形成涂层。如：

专利(201310515573.3)特征主要为采用多弧离子镀技术制备氮化钛铝铌氮梯度硬质反应膜。该方法主要原理是采用电弧放电使阴极靶材蒸发，蒸发离子在基材表面沉积从而形成薄膜。该方法可通过调节外加磁场大小控制涂层成形，且成膜速率快，涂层致密度以及膜基结合力较高。但该过程中受到真空环境的制约，产品尺寸形状受到限制，涂层表面光洁度较低。

专利(CN201711182033.2)以及专利(CN201410046151.0)均采用磁控溅射技术分别制备了TiAlVN和TiAlCrN多元涂层。磁控溅射的主要原理是低气压环境下，电子通过电场作用与工作气体碰撞形成高能粒子，高能粒子轰击靶材溅射出原子，使其沉积在基体从而获得涂层。该方法得到的涂层均匀性好，表面光洁度及厚度可得到控制，沉积速率较高，膜基结合力较好，但与多弧离子镀方法类似，该过程中需在低气压的密闭环境下进行，产品尺寸形状受限，涂层厚度较薄。

因此，开发出一种能够解决上述问题的多元(四元以上)氮化物硬质涂层的制备方法非常有必要。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种以高能激光束为热源，制备Ti-Al-N-Nb四元涂层的方法。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种Ti-Al-N-Nb四元涂层的制备方法，所述的Ti-Al-N-Nb四元涂层的制备方法以Ti2AlNb粉末为原材料，采用送粉式激光成形技术制备Ti-Al-N-Nb四元涂层，涂层中氮化物主要以枝晶的形式存在，制备过程包括以下步骤：

步骤一、对基板进行喷砂处理；

步骤二、将粒度均匀的Ti2AlNb粉末置于激光快速成形系统的送粉器中，以一定比例的氮气和氩气的混合气体为载粉气体和保护气；