本發(fā)明涉及一種材料改性技術(shù)，尤其是一種鈦合金表面改性技術(shù)，具體地說是一種在鈦合金表面等離子噴熔鐵基或鈷基耐磨合金層的方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、彈性模量低、生物相容性好等優(yōu)點而逐漸被應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)中的主要領(lǐng)域，特別是在船舶航海、車輛工程、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣闊的前景。但它也存在著硬度低、耐磨性能差等不足，嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步發(fā)展。因此，鈦及其合金的表面改性越來越得到關(guān)注。

鈦及鈦合金的表面改性技術(shù)有很多，傳統(tǒng)的有熱噴涂、電鍍、化學(xué)鍍、離子注入、滲硼等，這些技術(shù)雖然能在鈦及鈦合金表面制備改性層，但往往存在著改性層較薄，結(jié)合強(qiáng)度低等不足，其使用性能很難保障。而代表現(xiàn)代表面技術(shù)的激光熔覆技術(shù)，雖然在設(shè)備工藝、涂層結(jié)合性能等方面有著很大的優(yōu)勢，但普遍存在著成本高、靈活性差等局限性，很大程度上限制了其向工程實踐轉(zhuǎn)變。因此到目前為止，尚未有一種改性技術(shù)能在鈦及鈦合金表面制備致密、厚且成本低、操作靈活，適用于大規(guī)模生產(chǎn)的表面防護(hù)層可供使用。

等離子噴焊工藝是表面強(qiáng)化技術(shù)的一個分支，它以聯(lián)合型或轉(zhuǎn)移型等離子弧作為熱源，采用合金粉末或焊絲作為填充金屬，噴熔時將工件表面及噴焊料同時熔化、并將兩種材料相互混合構(gòu)成熔池，熔池經(jīng)冷凝結(jié)晶形成熔焊層。與其他表面噴熔技術(shù)如氧乙炔火焰噴熔、焊條電弧噴熔等相比，具有生產(chǎn)率高，母材對合金稀釋率低、噴熔層成型性好、噴熔層質(zhì)量和工藝穩(wěn)定等特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的鈦合金表面改性層存在結(jié)合強(qiáng)度低、滲層淺的問題，發(fā)明一種在鈦合金表面等離子噴熔鐵基或鈷基耐磨合金層的方法。該方法不僅能獲得性能可靠的耐磨合金層，并且操作簡單，益實現(xiàn)機(jī)械化、自動化，便于大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種在鈦合金表面等離子噴熔鐵基或鈷基耐磨合金層的方法，其特征是它包括以下步驟：

1）將待處理鈦金屬材料采用線切割成所需尺寸，并用有機(jī)溶液清洗去油；

2）將清洗好的鈦金屬材料表面依此經(jīng)金相砂紙120#、280#、500#打磨；

3）將打磨好的鈦金屬材料用有機(jī)清洗劑進(jìn)行超聲波清洗；

4）將噴熔的噴熔鐵基或鈷基粉裝入送粉機(jī)器，并將打磨后的鈦金屬材料固定在轉(zhuǎn)臺上，通過等離子噴熔工藝制備耐磨層。

所述的鈦金屬材料為Ti6Al4V合金。

所述的噴熔材料為stellite Fe253H 鐵基合金粉，粒度為45-160μm，或stellite 6H鈷基合金粉，粒度為40-150μm。

所述的等離子噴熔工藝參數(shù)為：焊接電流40A，起始電流5A，轉(zhuǎn)臺速度4.5r/min，送粉量20g/min，離子氣流量1.5L/min，送粉氣流量2.3L/min，保護(hù)氣流量8L/min，電弧衰退時間2.5s。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明在一般工藝基礎(chǔ)上，通過合理確定等離子噴熔過程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)，為鈦合金表面等離子噴熔鐵基鈷基耐磨合金提供了一種可工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法，解決了在鈦合金表面很難制備結(jié)合性能良好的鐵基鈷基耐磨涂層的難題。

2、采用該法制備的耐磨層具有韌基體+硬質(zhì)相的耐磨組織，表面硬度達(dá)到443~1059HV,是未處理鈦合金的1-3倍，具有良好的耐磨性。

3、采用該法制備的耐磨層，基體/耐磨層間過渡層的組織細(xì)密,基體中的Ti元素在整個橫切面上充分?jǐn)U散，且一直擴(kuò)散到涂層表層，顯微硬度在橫切面上沿層深分布具有漸變性和連續(xù)性，基體和涂層具有良好的結(jié)合性能。

4、本發(fā)明很好的解決了在鈦合金表面很難制備結(jié)合性能良好且適用于工程生產(chǎn)的鐵基鈷基耐磨涂層的難題，并且該工藝過程簡單、價廉、高效，在航天航空、船舶航海、車輛工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明工藝簡單、廉價、高效，制得的噴熔層具有良好的耐磨性能與優(yōu)良的結(jié)合性能，較好的解決了工程生產(chǎn)中的實際問題。

附圖說明

圖1是實施例1制備的耐磨層界面區(qū)的組織形貌。

圖2是實施例1制備的耐磨層噴熔層的組織形貌。

圖3是實施例1制備的耐磨層的橫切面合金元素沿層深分布情況。

圖4是實施例2制備的耐磨層界面區(qū)的組織形貌。

圖5是實施例2制備的耐磨層噴熔層的組織形貌。

圖6是實施例2制備的耐磨層的橫切面合金元素沿層深分布情況。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實施例一。

一種在鈦合金表面等離子噴熔鐵基耐磨合金層的方法，它包括以下步驟：

1）將Ti6Al4V合金采用線切割成Φ30mmx3mm，并用無水乙醇清洗表面油污。

2）將清洗好的Ti6Al4V合金表面依此經(jīng)金相砂紙120#、280#、500#打磨。

3）將打磨好的Ti6Al4V合金用丙酮在超聲波清洗機(jī)中清洗5min。

4）將stellite Fe 253H鐵基合金粉（粒度為45-160μm）裝入送粉機(jī)器，并將打磨并清洗好的Ti6Al4V合金固定在轉(zhuǎn)臺上，通過等離子噴熔工藝制備耐磨層，具體參數(shù)為焊接電流40A，起始電流5A，轉(zhuǎn)臺速度4.5r/min，送粉量20g/min，離子氣流量1.5L/min，送粉氣流量2.3L/min，保護(hù)氣流量8L/min，電弧衰退時間2.5s。

采用上述工藝制備的耐磨層的界面區(qū)及噴熔層組織形貌如圖1、2所示，基體與耐磨層表現(xiàn)為良好的冶金結(jié)合，噴熔層具有典型的韌基+硬質(zhì)相的耐磨組織，其表層硬度為467.3HV ，是鈦金屬的1.4倍，且基體中的Ti元素在整個橫切面上充分?jǐn)U散，一直擴(kuò)散到涂層表層（圖3），使之形成良好的冶金結(jié)合。

實施例二。

一種在鈦合金表面等離子噴熔鈷基耐磨合金層的方法，它包括以下步驟：

1）將Ti6Al4V合金采用線切割成Φ30mmx3mm，并用無水乙醇清洗表面油污。

2）將清洗好的Ti6Al4V合金表面依此經(jīng)金相砂紙120#、280#、500#打磨。

3）將打磨好的Ti6Al4V合金用丙酮在超聲波清洗機(jī)中清洗5min。

4）將stellite 6H鈷基合金粉（粒度為40-150μm）裝入送粉機(jī)器，并將打磨并清洗好的Ti6Al4V合金固定在轉(zhuǎn)臺上，通過等離子噴熔工藝制備耐磨層，具體參數(shù)為焊接電流40A，起始電流5A，轉(zhuǎn)臺速度4.5r/min，送粉量20g/min，離子氣流量1.5L/min，送粉氣流量2.3L/min，保護(hù)氣流量8L/min，電弧衰退時間2.5s。

采用上述工藝制備的耐磨層的界面區(qū)及噴熔層組織形貌如圖4、5所示，基體與耐磨層表現(xiàn)為良好的冶金結(jié)合，噴熔層具有典型的韌基+硬質(zhì)相的耐磨組織，其表層硬度為 1041.4HV ，是鈦金屬的3.1倍，且基體中的Ti元素在整個橫切面上充分?jǐn)U散，一直擴(kuò)散到涂層表層（圖6），使之形成良好的冶金結(jié)合。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。