一种TiAl基激光熔覆高温合金涂层及其制备方法与流程

本发明涉及一种tial基合金激光熔覆涂层及其制备方法，属于金属表面涂层改性的技术领域。

背景技术：

在现代工业中，为了满足航空发动机、工业燃机等高温服役条件的要求。高温防护涂层对抗高温氧化的性能和耐腐蚀的能力，还需要防护层具有稳定的结构以及与基材结合良好。tial合金具有比刚度高、比强度高的优点，不过也有一些问题阻碍了tial基合金工业应用和推广的，主要是室温脆性及高温抗氧化不足。对于其高温抗氧化性能及耐磨性能，得到综合性能良好的涂层材料是现在研究的重点，提高tial基合金的高温氧化防护主要考虑表面合金化及涂层防护。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种tial基合金激光熔覆涂层，熔覆粉末及其质量分数为：al：46%~52%，p：2%，ti：33%~37%，nb：5%，zr：4%~7%，y：2%~3%，ce：0.8~2%。

本发明所述tial基合金激光熔覆涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将熔覆粉末混合后进行球磨、干燥得到混合均匀的熔覆粉末；

（2）对tial合金基材进行预处理：打磨表面、除污、干燥后备用；

（3）将步骤（1）得到的熔覆粉末制成条状的预置层（尺寸为60mm×4mm×3mm），将该预置层放于tial合金基材表面，经激光熔覆仪器把tial合金基体表面与预置层同时熔化形成涂层。

本发明步骤（1）中球磨后的熔覆粉末粒度为100目~200目。

本发明所述激光熔覆的工艺参数为：光斑直径为2~4mm，保护气体为n2，n2流速为18~30l·h^-1，激光功率为3~6kw，扫描速度为360~400mm·min^-1。

本发明的有益效果：

（1）本发明所述制备得到的tial基合金激光熔覆涂层宏观形貌良好、涂层均匀光滑、内部孔洞、夹杂较少，硬度高，具有良好的抗高温氧化性，且产生了结合紧密的涂层，对产生无裂纹的激光熔覆涂层具有很好的借鉴作用。

（2）本发明通过激光熔覆工艺得到稀释率较低的熔覆层，并且对应用于激光熔覆的材料选择范围较广。

（3）本发明采用的材料p、nb进行定量设计，且p元素的加入对最终制备材料的结晶具有抑制作用，可以明显降低结晶率，降低晶粒度。

（4）本发明通过模具将熔覆粉末制成条状的预置层，可以明显节省熔覆效率。

附图说明

图1为本发明实施例1熔覆层金相组织；

图2为本发明实施例2熔覆层金相组织；

图3为实施例1和实施例2熔覆层显微硬度；

图4为实施例1和实施例2熔覆层抗高温氧化性能。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例所用原料al、p、ti的纯度均为99.99%，nb、zr、y、ce的纯度为99.9%。基体材料tial合金化学成分如表1所示：

表1基体材料tial合金化学成分

。

实施例1

本实施例高温部件表面改性材料由al、p、ti、nb、zr、y、ce，具体的，熔覆粉末质量分数如下：al：49%，p：2%，ti：33%，nb：5%，zr：7%，y：2%，ce：2%。

本实施所述tial基合金激光熔覆涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将熔覆粉末混合后进行球磨（180目）、干燥得到混合均匀的熔覆粉末；

（2）对tial合金基材进行预处理：打磨表面、除污、干燥后备用；

（3）将步骤（1）得到的熔覆粉末制成条状的预置层（尺寸为60mm×4mm×3mm），将该预置层放于tial合金基材表面，经激光熔覆仪器把tial合金基体表面与预置层同时熔化形成涂层，其中激光熔覆的工艺参数为：光斑直径3mm，保护气体为n2，n2流速为25l·h^-1，激光功率为4.2kw，扫描速度为380mm·min^-1。

对于熔覆后的纵向涂层采用hf酸溶液进行腐蚀，得到金相图片如图1所示；采用hvs-1000a型显微硬度仪，作用15s后测量涂层和基材的显微硬度，数据如图3所示，900℃循环氧化条件下，熔覆层能够显著提高基材的抗氧化性能，数据如图4所示。

实施例2

本实施例高温部件表面改性材料由al、p、ti、nb、zr、y、ce，具体的，熔覆粉末质量分数如下：al：46%，p：2%，ti：37%，nb：5%，zr：7%，y：2%，ce：1%。

本实施所述tial基合金激光熔覆涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将熔覆粉末混合后进行球磨（160目）、干燥得到混合均匀的熔覆粉末；

（2）对tial合金基材进行预处理：打磨表面、除污、干燥后备用；

（3）将步骤（1）得到的熔覆粉末制成条状的预置层（尺寸为60mm×4mm×3mm），将该预置层放于tial合金基材表面，经激光熔覆仪器把tial合金基体表面与预置层同时熔化形成涂层，激光熔覆的工艺参数为：光斑直径为2mm，保护气体为n2，n2流速为30l·h^-1，激光功率为3kw，扫描速度为360mm·min^-1。

（4）对于熔覆后的纵向涂层采用hf酸溶液进行腐蚀，得到金相图片如图2所示；采用hvs-1000a型显微硬度仪作用15s后，测量涂层和基材的显微硬度，数据如图3所示；900℃循环氧化条件下，熔覆层能够显著提高基材的抗氧化性能数据分析如图4所示。

由图1、2可以看出，实施例1、2制备的材料涂层的气孔含量都不明显，且实施例1、2中材料涂层的显微组织近似。

由图3可以看出，实施例1、2制备的材料涂层的显微硬度得到明显提升，从涂层区到结合区，再到基材区的显微硬度越来越小，并且表面硬度约为基材的3倍左右。

由图4可以看出，实施例1、2制备的材料涂层的抗氧化性能约是基材的13.5倍，且两涂层的抗高温氧化性能近似。

实施例3

本实施例高温部件表面改性材料由al、p、ti、nb、zr、y、ce，具体的，熔覆粉末质量分数如下：al：52%，p：2%，ti：34.2%，nb：5%，zr：4%，y：2%，ce：0.8%，本实施例所述tial基合金激光熔覆涂层的制备方法同实施例2，制备的材料涂层的性能与实施例1、2相似。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种TiAl基合金激光熔覆涂层及其制备方法，属于金属表面涂层改性的技术领域。本发明所述熔覆粉末包括：Al、P、Ti、Nb、Zr、Y、Ce，具体的，熔覆粉末质量分数如下：Al：46%~52%，P：2%，Ti：33%~37%，Nb：5%，Zr：4%~7%，Y：2%~3%，Ce：0.8~2%。激光熔覆涂层的制备包括原料配比、基材选择、预处理，激光熔覆、后处理等流程，通过合适的元素配比设计及合理的激光熔覆工艺参数，制得熔覆涂层，通过对熔覆层的宏观形貌和性能进行测试，涂层的硬度和高温抗氧化性能比基材均有明显提升。

技术研发人员：刘洪喜;刘子峰;石海;郭新政;王悦怡
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2017.04.11
技术公布日：2017.08.15