一種鈦合金激光熔覆表面強化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈦合金激光熔覆表面強化方法，將Co42鈷基自熔性合金粉末、B4C、SiC、TiN、Y2O3、CeO2粉末按質(zhì)量比Co42自熔性合金粉末50%～100%，B4C0～50%，SiC0～50%，TiN0～39%，Y2O30～1.5%，CeO20～1.5%混合，混合物粉末用水玻璃溶液均勻調(diào)成糊狀；將糊狀混合物粉末均勻地涂敷在鈦合金表面，保持涂層厚度均勻，自然風(fēng)干；對鈦合金表面的涂層進(jìn)行激光熔覆。本發(fā)明方法能改善熔覆層的微觀組織，進(jìn)一步提高熔覆層的硬度及耐磨性能。
【專利說明】一種鈦合金激光熔覆表面強化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在鈦合金表面激光熔覆的表面強化方法，尤其涉及一種在熔覆層添加Co42自熔性合金與B4C、SiC、TiN等陶瓷硬質(zhì)相，并通過添加稀土氧化物Y203、Ce02進(jìn)行改性的表面強化方法，屬于材料表面強化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]由于鈦合金具有高比強度，高比模量和優(yōu)異的耐蝕性等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。但鈦合金耐磨性較差，限制了其在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。激光熔覆技術(shù)作為一種表面改性技術(shù)，是提高鈦合金表面耐磨性和抗高溫氧化性等性能的有效途徑。
[0003]激光熔覆技術(shù)利用激光束使熔覆粉末和基體金屬表面一薄層同時熔化，形成微小熔池并快速凝固，從而獲得稀釋度較低，與基體構(gòu)成冶金結(jié)合的表面涂層。激光熔覆技術(shù)具有以下優(yōu)點:激光束能量密度高，凝固時冷卻速度快，激光熔覆層組織細(xì)??；可以在同一零件的不同部位進(jìn)行不同的熔覆；熔覆層組織具有明顯的梯度漸變特征，使熔覆層與基體之間呈現(xiàn)良好的冶金結(jié)合。激光熔覆技術(shù)可用于工業(yè)中各種失效零部件的修復(fù)，如工程機械中的齒輪、航空發(fā)動機葉片的修復(fù)等。
[0004]眾所周知，陶瓷材料具有優(yōu)異的耐磨、耐蝕和抗氧化性能及高的化學(xué)穩(wěn)定性，能大幅度提高鈦合金的表面硬度和耐磨性。目前鈦合金表面激光熔覆技術(shù)中采用的陶瓷硬質(zhì)相主要有B4C、TiC、SiC、WC、TiN、TiB2等。但是，由于陶瓷相脆性大，與鈦合金基體熱膨脹系數(shù)不匹配，結(jié)合強度低，在高的熱應(yīng)力以及相變組織應(yīng)力作用下極易產(chǎn)生微裂紋甚至導(dǎo)致熔覆層脆性剝落。鑒于以上原因，目前鈦合金表面激光熔覆材料一般采用金屬/陶瓷復(fù)合材料體系。這一材料體系的優(yōu)勢是能顯著降低熔覆層中的殘余應(yīng)力，減小熔覆層中出現(xiàn)微裂紋的傾向，易于獲得性能優(yōu)異的激光熔覆層。采用不同的熔覆粉末體系，在適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)下進(jìn)行激光熔覆，可以得到性能優(yōu)異的激光熔覆層，顯著改善鈦合金表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化性等。
[0005]激光熔覆金屬/陶瓷涂層的組織細(xì)密而均勻，并分布著大量的陶瓷硬質(zhì)相，因而熔覆層的硬度較高；隨著熔覆層深度的增加，至熱影響區(qū)時，由于基體對激光熔覆層的稀釋而引起硬度的降低；靠近激光熔覆層的熱影響區(qū)中組織發(fā)生馬氏體相變，因而顯微硬度提高；隨著距離表面層深的增加，顯微硬度持續(xù)下降，直至降至基體后趨于穩(wěn)定。
[0006]專利CN102912189A涉及一種鈷基合金粉末的制備方法，粉末含有3.5~5.5%S1、1.5~3%B (均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，S1、B含量均較高，在激光熔覆過程中形成硼硅酸鹽，大量的硼硅酸鹽無法順利從快速凝固的熔池內(nèi)浮出，容易形成夾雜，增加激光熔覆層開裂敏感性。并且，該專利采用的工藝制作激光熔覆用鈷基合金粉末，工藝復(fù)雜，粉末一旦制備完成后，成分隨即確定，難以再進(jìn)行調(diào)整。
[0007]目前，激光熔覆采用的自熔性合金粉末主要是熱噴涂用自熔性合金粉末，通過熔覆材料中各組分含量的調(diào)整及熔覆工藝的優(yōu)化，可以獲得性能優(yōu)異的激光熔覆層。采用市售的合金粉末和陶瓷相粉末作為熔覆材料， 進(jìn)行激光熔覆材料的成分設(shè)計，經(jīng)濟性較好，便于在實際生產(chǎn)中推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種鈦合金激光熔覆表面強化方法，能改善熔覆層的微觀組織，進(jìn)一步提高熔覆層的硬度及耐磨性能。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0010]一種鈦合金激光熔覆表面強化方法，包括步驟如下:
[0011](1)將鈦合金表面清理，并拭凈、吹干；
[0012](2 )將Co42鈷基自熔性合金粉末、B4C、SiC、TiN、Y203、Ce02粉末按質(zhì)量比Co42自熔性合金粉末 50% ~100%，B4C0 ~50%，SiCO ~50%，TiNO ~39%，Y2030 ~1.5%, Ce020 ~
1.5%混合，混合物粉末用水玻璃溶液均勻調(diào)成糊狀；
[0013](3)將糊狀混合物粉末均勻地涂敷在鈦合金表面，保持涂層厚度均勻，自然風(fēng)干；
[0014](4)對鈦合金表面的涂層進(jìn)行激光熔覆。 [0015]上述步驟所述的混合物粉末優(yōu)選Co42自熔性合金粉末60%~80%，B4C10~40%，Ce020.5 ~1.5% ;或(:042 自熔性合金粉末 70% ~80%，TiNlO ~30%，Υ2030.5 ~1.5% ;或(:042自熔性合金粉末60%~80%, SiCIO~80%, Υ2030.5~1.5%。
[0016]所述的混合物粉末進(jìn)一步優(yōu)選Co42自熔性合金粉末60%~70%，B4C10~20%，SiC5 ~10%，Τ?Ν5 ~10%，Y2030.5 ~1.5%。
[0017]上述步驟⑵所述的水玻璃溶液的質(zhì)量配比為水玻璃:水=1:3，按照3~10滴/克的比例向混合粉末滴加水玻璃溶液，將混合粉末攪拌成均勻糊狀物。
[0018]上述步驟(3)所述的涂層的厚度為0.8~1.0mm。
[0019]上述步驟(4)所述的激光熔覆工藝參數(shù)為:激光功率為850~1500kW，掃描速度2~10mm/s,光斑直徑3~5mm,熔覆過程運用気氣進(jìn)行保護,氣壓為0.3~0.5MPa。
[0020]本發(fā)明采用的Co42自熔性合金粉末(即為Co42，直接購買的成品)粒度如表1所示，Co42鈷基自熔性合金粉末的具體成分如表2所示。
[0021]表1熔覆粉末名稱及粒度
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種鈦合金激光熔覆表面強化方法，其特征是，包括步驟如下:(1)將鈦合金表面清理，并拭凈、吹干；(2)將Co42鈷基自熔性合金粉末、B4C、SiC、TiN、Y203、Ce02粉末按質(zhì)量比Co42自熔性合金粉末 50% ~100%, B4C0 ~50%, SiCO ~50%, TiNO ~39%, Y2030 ~1.5%, Ce020 ~1.5%混合，混合物粉末用水玻璃溶液均勻調(diào)成糊狀；(3)將糊狀混合物粉末均勻地涂敷在鈦合金表面，保持涂層厚度均勻，自然風(fēng)干；(4)對鈦合金表面的涂層進(jìn)行激光熔覆。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金激光熔覆表面強化方法，其特征是，所述的混合物粉末為Co42自熔性合金粉末60%~80%, B4C10~40%, Ce020.5~1.5% ;或Co42自熔性合金粉末70%~80%，Τ?Ν10~30%，Y2030.5~1.5% ;或Co42自熔性合金粉末60%~80%，SiCIO ~80%，Y2030.5 ~L 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金激光熔覆表面強化方法，其特征是，所述的混合物粉末選Co42自熔性合金粉末60%~70%，B4C10~20%，SiC5~10%，Τ?Ν5~10%，Y2030.5~1.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金激光熔覆表面強化方法，其特征是，步驟(2)所述的水玻璃溶液的質(zhì)量配比為水玻璃:水=1: 3，按照3~10滴/克的比例向混合粉末滴加水玻璃溶液，將混合粉末攪拌成均勻糊狀物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金激光熔覆表面強化方法，其特征是，步驟(3)所述的涂層的厚度為0.8~1.0mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦合金激光熔覆表面強化方法，其特征是，步驟(4)所述的激光熔覆工藝參數(shù)為:激光功率為850~1500W，掃描速度2~lOmm/s，光斑直徑3~5mm，熔覆過程運用氬氣進(jìn)行保護，氣壓為0.3~0.5MPa。
【文檔編號】C23C24/10GK103668186SQ201310704996
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】于慧君, 翁飛, 陳傳忠 申請人:山東大學(xué)