[发明专利]一种钢基钛涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于金属材料技术领域，公开了一种钢基钛涂层及其制备方法和应用，该钢基钛涂层包括铜中间层。本发明通过在钢基层和钛涂层之间设置铜中间层，可有效阻挡钢基层中的铁和钛涂层中的钛之间发生反应，以提高钛涂层和钢基体之间的结合力，从而进一步提升钢基钛涂层的综合性能。本发明的钢基钛涂层的制备工艺简单，原料易得，工艺可控性良好，可操作性强；同时，制得的钢基钛涂层综合性能优异，尤其能一定程度上改善钛涂层/钢基体界面的韧性，进而进一步增强钛涂层与钢基体的结合强度，适用于防腐领域，尤其是用于海洋中的石油钻井平台、船舶壳体或管道等，应用前景广泛。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种钢基钛涂层及其制备方法和应用。

背景技术

钛是一种物理性能优良、化学性质稳定的材料，在潮湿大气或海水介质中工作时，由于表面会生成非常稳定的氧化膜，其耐蚀性远优于不锈钢，是目前最能适应各种海洋环境的材料。其被广泛应用于海洋的石油钻井平台、船舶壳体、管道等区域。然而钛合金居高不下的成本限制了其更加广泛的应用，仅就原材料的成本来说，钛合金价格高过普通钢材的数倍，再加上后期加工困难，成品的钛板材或建材差价更大。

钛和钢的复合作为纯钛板的替代品，以工业纯钛作为表层材料，以普通碳钢或低合金钢作为基体，所得的钢钛复合材料既具有钛的耐腐蚀性能，又具有碳钢的强度和塑性，且可加工性能大大提高。目前钛和钢的复合主要是轧制法，扩散法和爆炸法，常用的方式为，通过将钢板和钛板对称叠放组合，以搅拌摩擦焊的方式将坯料四周焊合在一起，并在高温高压和真空的条件下进行真空扩散焊合，然后在粗轧机中进行多道次的热轧，最后进行精轧卷曲，得到表面质量良好的钛钢复合卷。但这样工艺复杂，尤其制备过程中涉及多种复杂的连接方式，工序耗时长，部分高温作业还需要在真空条件下进行，且能量消耗大，生产效率低。

激光熔覆是近些年兴起的一种表面加工处理工艺，它利用高能密度激光束辐照加热熔化钢基体和覆层材料，并在钢基体上形成很薄的、无气孔、无裂纹的，与基材结合良好的熔覆层。激光熔覆技术能够很少甚至不受到钢基体材料性能的局限，通过所述激光熔覆技术可以在钢表面熔覆钛涂层，以替代目前的钛钢复合技术。但由于钛钢的直接连接后，钢基体材料中的铁和覆层材料中的钛之间容易发生反应，得到TiFe脆性金属间化合物，影响钢基体与钛涂层的结合性能，无法满足市场需求。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种钢基钛涂层及其制备方法和应用，通过在钢基层和钛涂层之间设置铜中间层，可有效阻挡钢基层中的铁和钛涂层中的钛之间发生反应，以提高钛涂层和钢基体之间的结合力，从而进一步提升钢基钛涂层的综合性能。

本发明的发明构思：一方面作为中间层的铜本身具有良好的冶金性能，另一方面来说，铜在常温下与钢基体能无限固溶，因此不易生成脆性的金属间化合物，再者，在钢基钛涂层中，铜中间层还能有效阻挡钢基体中的铁与钛涂层中的钛发生反应，进而提高钛涂层和钢基体之间的结合力，和进一步提升钢基钛涂层的剪切强度等力学性能和耐腐蚀性能，制得的钢基钛涂层综合性能优异，尤其能一定程度上改善钛涂层/钢基体界面的韧性，和进一步增强钛涂层与钢基体的结合强度。

本发明的第一方面是提供一种钢基钛涂层。

具体地，一种钢基钛涂层，依次包括钢基层、铜中间层和钛涂层。

作为上述方案的进一步改进，制作所述铜中间层的原料包括金属铜；优选地，所述金属铜是粒度为20-200μm的球形或类球形铜粉；进一步优选地，所述铜中间层的厚度为20-800μm。

作为上述方案的进一步改进，所述钛涂层的厚度为500-1500μm；所述钛涂层的材料为钛合金。

作为上述方案的进一步改进，所述钛合金是粒度为35-200μm的球形或类球形性的钛合金粉末。具体地，所述钛合金选自TA0、TA1、TA2、TA3、TA7、TA13、TC4中的至少一种。