钛合金激光表面合金化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料表面改性技术领域，具体涉及一种钛合金激光表面合金化的方法。
【背景技术】
[0002]钛合金具有低密度、比强度及屈强度高等特点，它能提供低重量、耐腐蚀结构。主要应用于医疗、航空等领域，尤其是在高推比航空发动机及先进战斗机等国防武器装置中的用量及对武器装备技术水平的作用越来越大。而且它还可以应用于能源、化学加工、航海和运输等领域。
[0003]但是，目前现有技术所制备的钛及钛合金(CN201180030176.6)表面硬度较低，化学活性较大，尤其是钛及钛合金本身的特性严重限制了其更广泛的应用。因此，进一步提高钛及钛合金的耐磨性、抗氧化抗腐蚀性等表面性能成为目前钛合金应用领域的一个难题。目前现有研究主要从改进合金的成分和制备工艺，对钛合金进行表面改性等方面进行改进。
[0004]在钛合金表面进行表面制备合金涂层是目前比较有效的方法，而其方法主要有传统渗碳渗氮、物理气相沉积、化学气相沉积、离子注入以及激光表面改性等。但是这些方法具有技术成本高、技术完成周期长、技术效果不明显等特点。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术中存在的缺陷，本发明提出一种能够降低生产成本、增强钛合金耐磨性的钛合金激光表面合金化方法。
[0006]本发明的技术方案如下:一种钛合金激光表面合金化的方法，步骤如下:
[0007](I)将合金粉末由以下重量百分含量的组分组成:C30_40%、Ti 10-20%、Si5%、C20%、N20%、A15%，碾磨所述的合金粉末至分散均匀且平均粒径小于3um，用粘结剂调制成膏状物。合金粉末中的碳和氮对于钛合金表面强化具有重要的作用。有色金属，非金属元素的加入可以全面丰富钛合金表面的多种性能的提升。均匀分散有利于钛合金表面的强化。平均粒径越小，对于钛合金表面强化越有利。
[0008](2)将所述膏状物均匀涂覆于预处理的钛合金基体表面，涂覆厚度为0.4-0.6mm,晾干。涂覆的厚度对于钛合金激光表面合金化具有很重要的影响，因为激光的扫描将会影响钛合金表面的合金化化学反应。
[0009](3)对涂有合金粉末的钛合金基体表面进行激光扫描，激光功率为500W，光斑直径为4mm，扫描速度为1200-1500mm/min，得到钛合金激光表面化合金涂层。激光扫描的速度，功率对于激光表面合金化也具有很大的影响，将会对合金化层中合金化程度，合金化层裂纹和表面不平整度的控制产生影响。
[0010]优选的，步骤(I)中的粘结剂为聚乙酸乙烯酯溶液。
[0011]优选的，步骤(I)中的合金粉末由以下重量百分含量的组分组成:C30%、Ti20%、Si5%、C20%、N20%、A15%。上述的重量百分含量比的合金粉末对于合金化程度可以达到效果最佳。
[0012]优选的，步骤(2)中的涂覆厚度为0.5_。上述的涂覆厚度对于激光表面合金化效果可以达到最佳。
[0013]优选的，步骤(2)中的预处理为对钛合金表面进行清洗、吹干处理。钛合金表面的预处理可以帮助钛合金表面更有效率地进行。
[0014]优选的，步骤(3)中的激光扫描速度为1400mm/min。上述的激光扫描速度为最佳，对于钛合金的激光表面合金化效果可以达到最佳。
[0015]本发明的有益效果如下:
[0016]第一.本发明的技术方案技术成本低，技术方案的时间周期短，可以很快地投入工业生产，对于钛合金的更加广泛的工业生产具有很大的帮助。
[0017]第二.本发明的技术方案所制备的钛合金具有表面合金化涂层，使得其耐磨性、耐腐蚀性等表面综合性能有了很大的提升，平均硬度也有很大提高。由于在涂层的组织组成相为金属间化合物，金属间化合物独特的金属键与共价键共存的性质，使得该新型金属间化合物激光表面合金化涂层具有较低的磨损量，摩擦系数有显著降低，耐磨性有显著提高。
[0018]第三.本发明的技术工艺简单，适于批量工业化生产，技术简单易行，具有较大的市场应用前景。
【具体实施方式】
[0019]下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0020]本发明的实施例是在BT9钛合金基体表面通过激光表面合金化获得合金化涂层的过程，然后对其所获得的涂层进行性能测试。
[0021]实施例1
[0022]将合金粉末由以下重量百分含量的组分组成:C30%、Ti20%、Si5%、C20%、N20%、A15%，碾磨所述的合金粉末至分散均匀且平均粒径为2.5um，用聚乙酸乙烯酯溶液调制成膏状物。将所述膏状物均匀涂覆于进行清洗、吹干处理的BT9钛合金基体表面，涂覆厚度为0.5mm,晾干。对涂有合金粉末的钛合金基体表面进行激光扫描,激光功率为500W,光斑直径为4mm,扫描速度为1400mm/min,得到钛合金激光表面合金化涂层。
[0023]实施例2
[0024]按所述的相同步骤重复进行实施例1，但是在实施例2中合金粉末由以下重量百分含量的组分组成:C35%、Ti 15%、Si5%、C20%、N20%、A15%。
[0025]实施例3
[0026]按所述的相同步骤重复进行实施例1，但是在实施例3中合金粉末由以下重量百分含量的组分组成:C40%、Ti 10%、Si5%、C20%、N20%、A15%。
[0027]实施例4-5
[0028]按所述的相同步骤重复进行实施例1，但是在实施例4，5中涂覆于钛合金基体表面的合金粉末的厚度分别为0.4mm, 0.6mm。
[0029]实施例6-7
[0030]按所述的相同步骤重复进行实施例1，但是在实施例6，7中激光扫描速度分别为1200mm/min,1500mm/mino
[0031]最后将实施例1-7所获得的钛合金激光表面合金化涂层进行性能检测。检验结果如下:
[0032]1、显微硬度。钛合金激光表面合金化涂层硬度是采用MH-6型显微硬度仪测量的。测试结果表明:BT9钛合金基体硬度为Hv400，而通过实施例1所获得的钛合金激光表面合金化涂层显微硬度为HvlOOO，而通过实施例2-7所获得的钛合金激光表面合金化涂层显微硬度分别在Hv600至Hv800之间。
[0033]2、耐磨性。钛合金激光表面合金化涂层耐磨性是采用HSR-2M型高速往复摩擦试验机测试的，测试结果表明:通过实施例1所获得的钛合金激光表面合金化涂层的磨损形貌中犁沟较浅，且磨损量为0.2mg,比BT9钛合金基体少0.2mg。而经测试，通过实施例2_7所获得的钛合金激光表面合金化涂层磨损量与BT9钛合金基体相比，减少量在0-0.1mg之间。
【主权项】
1.钛合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述方法的步骤如下: (1)将合金粉末由以下重量百分含量的组分组成:C30-40%、Ti10-20%, Si5%、C20%、N20%、A15%，碾磨所述的合金粉末至分散均匀且平均粒径小于3um，用粘结剂调制成膏状物； (2)将所述膏状物均匀涂覆于预处理的钛合金基体表面，涂覆厚度为0.4-0.6mm,晾干; (3)对涂有合金粉末的钛合金基体表面进行激光扫描，激光功率为500W，光斑直径为4mm,扫描速度为1200-1500mm/min,得到钛合金激光表面化合金涂层。
2.根据权利要求1所述的钛合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步骤(I)中的粘结剂为聚乙酸乙烯酯溶液。
3.根据权利要求1所述的钛合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步骤(I)中的合金粉末由以下重量百分含量的组分组成:C30%、Ti20%、Si5%、C20%、N20%、A15%。
4.根据权利要求1所述的钛合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步骤(2)中的涂覆厚度为0.5mm。
5.根据权利要求1所述的钛合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步骤(2)中的预处理为对钛合金表面进行清洗、吹干处理。
6.根据权利要求1所述的钛合金激光表面合金化的方法，其特征在于:所述的步骤(3)中的激光扫描速度为1400mm/min。
【专利摘要】一种钛合金激光表面合金化的方法，将合金粉末碾磨，用粘结剂调制成膏状物，将膏状物均匀涂覆于预处理的钛合金基体表面，然后对其进行激光扫描，获得激光表面合金化涂层。本技术方案可以提高钛合金的表面性能，提升其耐磨性，耐腐蚀性等综合力学性能，本技术方案制备工艺简单，适于批量生产。
【IPC分类】B22F1-00, C23C24-10
【公开号】CN104694919
【申请号】CN201310659703
【发明人】刘官柱
【申请人】大连飞马文仪家俱有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月4日