用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层及其制备方法

用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层及其制备方法
【专利摘要】本申请提供一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层及其制备方法，该方法将混合合金粉末和粘结剂混合后涂覆于钛合金表面，形成预铺涂层，所述混合合金粉末包括：59wt％～62wt％镍；18.5wt％～21wt％铬；5wt％～8wt％硼；6.5wt％～10wt％硅；和3wt％～7wt％六方氮化硼；采用激光束辐照所述预铺涂层，得到所述自润滑耐磨复合涂层。所述混合合金粉末包括上述含量的镍、铬、硼和硅，能起到优异的抗磨作用；并且其包括适量h-BN，能减轻涂层自身及其与对偶件的摩擦磨损，显著提高钛合金的高温耐磨寿命。本申请采用激光熔覆技术，使涂层组织细小致密且与钛合金基体结合牢固，显著提高钛合金的综合力学性能。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本申请涉及钛合金【技术领域】，尤其涉及一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂 层及其制备方法。 用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层及其制备方法

【背景技术】
[0002] 钛合金具有密度低、比强度高、屈强比高、耐蚀性优异和生物相容性好等突出优 点，并且与铝合金相比，其高温力学性能优异，因此，在航空航天、船舶、兵器、海洋、石油、化 工和生物医学工程等领域中得到了广泛应用。但是，钛合金也存在摩擦系数大、易粘着、不 易润滑、耐磨性差和高温抗氧化性能差等缺点，这对其应用范围在一定程度上有所限制，尤 其是严重制约了钛合金作为高温摩擦副运动零部件，比如作为航空发动机的涡轮叶片和排 气阀等的使用。
[0003] 由于磨损起源于材料或零部件的表面，那么，采用合适的表面工程手段，在钛合金 表面制备高硬度且耐磨性好的涂层来改善其磨损问题，这无疑具有较高的经济性和可行 性，不仅可以拓宽其应用领域和环境，如核能、军工和冶金等领域，或者高速、高温和重载等 环境，而且可以有效提高材料或零部件的使用寿命，利于节约成本和环境保护。目前，大多 数钛合金表面的涂层如NiCrBSi合金涂层可以提高其硬度和耐磨性能。
[0004] 但是，传统的复合涂层材料只是单一的提高钛合金表面的硬度及耐磨性能，而没 有起到减摩（或者称为摩擦相容、自润滑）作用，并且在很多情况下加剧了对偶件的磨损， 这对钛合金的应用仍有不利的影响。


【发明内容】

[0005] 有鉴于此，本申请提供一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层及其制备方 法，本申请提供的自润滑耐磨复合涂层能提高钛合金表面的高温耐磨和减摩性能，利于拓 宽其应用范围。
[0006] 本申请提供一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层，由混合合金粉末在钛合 金表面经激光熔覆制得，所述混合合金粉末包括：
[0007] 59wt% ?62wt% 的镇；
[0008] 18. 5wt% ?21wt% 的络；
[0009] 5wt % ?8wt % 的硼；
[0010] 6. 5wt% ?10wt% 的娃；和
[0011] 3wt%?7wt%的六方氮化硼。
[0012] 优选的，所述混合合金粉末包括60wt %的镍。
[0013] 优选的，所述混合合金粉末包括4wt %?6wt %的六方氮化硼。
[0014] 优选的，所述六方氮化硼的粒度为0. 2 μ m?1. 5 μ m。
[0015] 优选的，所述钛合金表面为Ti6A14V钛合金表面。
[0016] 本申请提供一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层的制备方法，包括以下步 骤：
[0017] 将混合合金粉末和粘结剂混合后涂覆于钛合金表面，形成预铺涂层，所述混合合 金粉末包括：
[0018] 59wt % ?62wt % 的镇；
[0019] 18. 5wt% ?21wt% 的络；
[0020] 5wt % ?8wt % 的硼；
[0021] 6. 5wt% ?10wt% 的娃；和
[0022] 3wt%?7wt%的六方氮化硼；
[0023] 采用激光束辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层。
[0024] 优选的，所述激光束的功率为1200W?1500W ;所述激光束的扫描速度为2mm/s? 6mm/s ;所述激光束的尺寸为4mm(长）X3mm(宽）。
[0025] 优选的，所述粘结剂为甲基纤维素。
[0026] 与现有技术相比，本申请提供的自润滑耐磨复合涂层用于钛合金表面，其由混合 合金粉末通过激光烙覆制得，所述混合合金粉末包括：59wt %?62wt %的镍；18. 5wt %? 21wt%的铬；5wt%?8wt%的硼；6. 5wt%?10wt%的娃；和3wt%?7wt%的六方氮化硼。 在本申请中，所述混合合金粉末包括上述特定含量的镍、铬、硼和硅，具有很高的强度、硬度 和熔点及极好的热稳定性，可作为耐磨涂层材料的增强相，起到优异的抗磨作用；并且，所 述混合合金粉末包括3wt%?7wt%的六方氮化硼，适量的六方氮化硼可作为所述耐磨涂 层材料的润滑相，有效地减轻涂层自身及其与对偶件的摩擦磨损，从而大幅度提高钛合金 的高温耐磨寿命。另外，相比银等贵金属，六方氮化硼价格便宜，性价比高。
[0027] 本申请还提供了一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层的制备方法，其采用 激光熔覆技术，将上述混合合金粉末在钛合金表面上制成了自润滑耐磨复合涂层。在本申 请中，金属激光熔覆技术具有能量输入密度高、加热和冷却速度快，稀释率低和热变形小等 突出特点，可以获得组织细小致密、且与钛合金基体呈牢固冶金结合的涂层材料，从而显著 提高钛合金材料的综合力学性能。

【专利附图】

【附图说明】
[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0029] 图1为六方氮化硼粉末的电镜照片；
[0030] 图2为本申请实施例5提供的Ni60-5 % h-BN混合合金粉末的电镜照片；
[0031] 图3为本申请实施例5、比较例1提供的涂层和钛合金基体表面的显微硬度曲线；
[0032] 图4为本申请实施例5、比较例1提供的涂层和钛合金基体表面在不同温度下的摩 擦系数；
[0033] 图5为本申请实施例5、比较例1提供的涂层和钛合金基体表面在不同温度下的磨 损率；
[0034] 图6为磨损后钛合金基体表面的电镜照片；
[0035] 图7为本申请实施例5提供的涂层磨损后的电镜照片。

【具体实施方式】
[0036] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本申请保护的范围。
[0037] 本申请提供了一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层，由混合合金粉末在钛 合金表面经激光熔覆制得，所述混合合金粉末包括：
[0038] 59wt% ?62wt% 的镇；
[0039] 18. 5wt% ?21wt% 的络；
[0040] 5wt % ?8wt % 的硼；
[0041] 6. 5wt% ?10wt% 的娃；和
[0042] 3wt %?7wt %的六方氮化硼。
[0043] 为克服传统的复合涂层材料存在的缺点，本申请提供了一种钛合金表面自润滑耐 磨复合涂层材料，旨在提高钛合金表面的高温耐磨减摩性能，从而拓宽钛合金如Ti6A14V 等的应用领域范围，延长零部件的服役寿命，利于节约成本和保护环境。
[0044] 本申请提供的自润滑耐磨复合涂层用于钛合金表面，其由包括镍、铬、硼、硅和六 方氮化硼的混合合金粉末在钛合金表面，利用激光熔覆方法制得。所述钛合金为本领域 技术人员熟知的合金材料，本申请优选在Ti6A14V钛合金表面应用所述自润滑耐磨复合涂 层。
[0045] 在本申请中，制备所述自润滑耐磨复合涂层的混合合金粉末包括59wt%? 62wt %的镍（Ni)，优选包括60wt %的镍。所述镍的粒度优选为15 μ m?45 μ m，更优选为 20 μ m ~ 40 μ m。
[0046] 所述混合合金粉末包括18. 5wt%?21wt%的铬（Cr)，优选包括19wt%?20wt% 的铬。所述铬的粒度优选为15 μ m?45 μ m，更优选为20 μ m?40 μ m。
[0047] 所述混合合金粉末包括5wt %?8wt %的硼（B)，优选包括6wt %?7wt %的硼，更 优选包括6. 5wt %的硼。所述硼的粒度优选为15 μ m?45 μ m，更优选为20 μ m?40 μ m。
[0048] 所述混合合金粉末包括6. 5wt %?lOwt %的娃（Si)，优选包括8wt %?9wt %的 娃，更优选包括8. 5wt %的娃。所述娃的粒度优选为15 μ m?45 μ m，更优选为20 μ m? 40 μ m〇
[0049] 除上述这些元素之外，所述混合合金粉末优选还包括杂质元素，如C、Fe和Co等元 素中的一种或多种。在本申请的一个实施例中，所述混合合金粉末包括Ni60合金粉末。
[0050] 在本申请中，所述混合合金粉末包括上述特定含量的镍、铬、硼和硅，具有很高的 强度、硬度和熔点及极好的热稳定性，可作为耐磨涂层材料的增强相，起到优异的抗磨作 用。
[0051] 并且，所述混合合金粉末包括3wt %?7wt %的六方氮化硼（h-BN)，优选包括 4wt %?6wt %的六方氮化硼，更优选包括5 %的六方氮化硼。所述六方氮化硼的粒度优选 为0. 2μηι?1.5μηι，更优选为0. 5μηι?1.2μηι。在本申请的一个实施例中，所述混合合 金粉末包括60wt%的镍、20wt%的铬、6. 5wt%的硼、8. 5wt%的娃和5wt%的六方氮化硼， 效果较好。
[0052] 六方氮化硼俗称白石墨，密度为2. 27g/cm3,是一种高性能的无机陶瓷粉末，其粉 末形貌可参见图1，图1为六方氮化硼粉末的电镜照片。六方氮化硼具有层状结构，其晶体 为六方晶系，由于其层与层之间的范德华力较小，剪切力较小，因此六方氮化硼具有较低的 摩擦系数，能起到很好的减摩作用。同时，六方氮化硼还具有良好的化学稳定性和高导热性 能等特点，尤其高温润滑性好，能耐高温2000°C。
[0053] 本申请在所述混合合金粉末中加入适量的六方氮化硼，其可作为所述耐磨涂层材 料的润滑相，有效地减轻涂层自身及其与对偶件的摩擦磨损，从而大幅度提高钛合金的高 温耐磨寿命。另外，六方氮化硼相比银等贵金属价格便宜，性价比高。
[0054] 本申请对所述混合合金粉末的来源没有特殊限制，优选按照上述质量分数，将镍、 铬、硼、硅和六方氮化硼用机械球磨法混合，然后烘干，得到混合合金粉末。
[0055] 本申请所述自润滑耐磨复合涂层以上述混合合金粉末为原料，采用激光熔覆的方 法制得。在本申请中，金属激光熔覆技术具有能量输入密度高、加热和冷却速度快，稀释率 低和热变形小等突出特点，可以获得组织细小致密、且与钛合金基体呈牢固冶金结合的涂 层材料，从而显著提高钛合金材料的综合力学性能。
[0056] 相应的，本申请提供了一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层的制备方法， 包括以下步骤：
[0057] 将混合合金粉末和粘结剂混合后涂覆于钛合金表面，形成预铺涂层，所述混合合 金粉末包括：
[0058] 59wt% ?62wt% 的镇；
[0059] 18. 5wt% ?21wt% 的络；
[0060] 5wt % ?8wt % 的硼；
[0061] 6. 5wt% ?10wt% 的娃；和
[0062] 3wt%?7wt%的六方氮化硼；
[0063] 采用激光束辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层。 [0064] 本申请利用激光熔覆技术，添加六方氮化硼（h-BN)，制备得到一种从室温到 600°C的宽广温度范围内具有良好自润滑性能的自润滑耐磨复合涂层材料，将其在钛合金 如Ti6A14V等表面应用，能提高钛合金表面的高温耐磨减摩性能，从而拓宽其应用领域范 围，延长零部件的服役寿命，利于节约成本和环保。
[0065] 本申请实施例首先用粘合剂，与混合合金粉末混合，调和成糊状混合物；然后在 钛合金表面进行涂覆，并烘干，形成预铺涂层；所述混合合金粉末包括：59wt%?62wt%的 镇；18. 5wt% ?21wt% 的络；5wt% ?8wt% 的硼；6. 5wt% ?10wt% 的娃；和 3wt% ?7wt% 的六方氮化硼。
[0066] 在本申请中，所述混合合金粉末的组分内容与上文所述的组分内容一致，在此不 再赘述。本申请对所述混合合金粉末的来源没有特殊限制，优选按照上述质量分数，将镍、 铬、硼、硅和六方氮化硼用机械球磨法混合，然后烘干，得到混合合金粉末。
[0067] 在本申请中，所述粘结剂的作用在于，将所述混合合金粉末粘结在钛合金表面。本 申请对所述粘结剂的种类没有特殊限制，优选为甲基纤维素。本申请以钛合金表面为涂层 的基体表面，其优选为Ti6A14V钛合金表面。
[0068] 本申请优选将粘结剂溶于有机溶剂中，得到粘结剂溶液，所述有机溶剂包括但不 限于醚类溶剂和醇类溶剂，优选为乙醚。然后，本申请实施例向所述粘结剂溶液中加入所述 混合合金粉末，搅拌调和成糊状，在钛合金表面涂覆，烘干后得到预铺涂层。本申请对所述 粘结剂及有机溶剂的用量没有特殊限制，能调和成糊状即可。本申请对所述涂覆的方法没 有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的刮涂方式即可。本申请对所述烘干的方法没有特 殊限制，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
[0069] 得到预铺涂层后，本申请采用激光束辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的 自润滑耐磨复合涂层。
[0070] 在本申请中，所述激光束的功率优选为1. 2kW?1. 5kW ;所述激光束的长度优选 为3mm?8mm，更优选为4mm?6mm ;所述激光束的宽度优选为1mm?5mm，更优选为2mm? 3mm ;在本申请的一个实施例中，所述激光束的尺寸或者大小为4mm(长）X3mm(宽）。
[0071] 所述激光束的扫描速度优选为2mm/s?6mm/s，更优选为3mm/s?5mm/s ;在本申 请的一个实施例中，激光发生器为德国DLS-980. 10-3000C半导体激光器。在本申请中，可 以根据涂层所需面积大小，采用单道激光扫描或者多道搭接激光扫描的方式进行辐照。
[0072] 得到自润滑耐磨复合涂层后，本申请采用MH-5显微硬度计，对所述涂层的显微硬 度进行测试，测试条件为：加载载荷为200g，测试时间为15s。本申请分别在20°C、300°C、 600°C条件下，对所述涂层进行摩擦、磨损性能测试，其中，磨损试验参数分别为：
[0073] 载荷：500g ;
[0074] 磨损时间：30min ;
[0075] 磨损半径：1.5mm;
[0076] 磨损线速度：13. 56mm/min ;
[0077] 对磨件：氮化硅陶瓷球，半径为2mm，硬度为16GPa。
[0078] 实验结果显示，与钛合金表面、未添加六方氮化硼的耐磨涂层相比，本申请提供的 自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数小，磨损率低。
[0079] 综上，本申请采用激光熔覆，添加适量的六方氮化硼，制得的自润滑耐磨复合涂层 在室温到600°C的范围内具有优异的减摩耐磨性能。通过对钛合金基体进行所述自润滑 耐磨复合涂层的表面改性，可以有效提高钛合金基体在高温下的摩擦学性能，从而延长钛 合金运动副零部件的服役寿命，并能拓宽钛合金作为运动副零部件在高温服役环境下的应 用。
[0080] 为了进一步说明本申请，下面结合实施例对本申请提供的用于钛合金表面的自润 滑耐磨复合涂层及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本申请保护范围的 限定。
[0081] 以下实施例中，激光发射器为德国DLS-980. 10-3000C半导体激光器。
[0082] 实施例1
[0083] 将60wt %粒度为15 μ m?45 μ m的镇、20wt %粒度为15 μ m?45 μ m的络、 6. 5wt%粒度为15 μ m?45 μ m的硼、8. 5wt%粒度为15 μ m?45 μ m的娃和5wt%的粒度为 0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用机械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末；
[0084] 将甲基纤维素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末调和成糊状，在Ti6A14V钛 合金表面涂覆，烘干后得到预铺涂层；
[0085] 采用功率为1. 2kW的激光束扫描辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的自润 滑耐磨复合涂层；其中，所述激光束的大小为长4mm、宽3mm，扫描速度为2mm/s。
[0086] 实施例2
[0087] 将60wt %粒度为15 μ m?45 μ m的镇、20wt %粒度为15 μ m?45 μ m的络、 6. 5wt%粒度为15 μ m?45 μ m的硼、8. 5wt%粒度为15 μ m?45 μ m的娃和5wt%的粒度为 0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用机械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末；
[0088] 将甲基纤维素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末调和成糊状，在Ti6A14V钛 合金表面涂覆，烘干后得到预铺涂层；
[0089] 采用功率为1. 2kW的激光束扫描辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的自润 滑耐磨复合涂层；其中，所述激光束的大小为长4mm、宽3mm，扫描速度为3mm/s。
[0090] 实施例3
[0091] 将60wt %粒度为15 μ m?45 μ m的镇、20wt %粒度为15 μ m?45 μ m的络、 6. 5wt%粒度为15 μ m?45 μ m的硼、8. 5wt%粒度为15 μ m?45 μ m的娃和5wt%的粒度为 0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用机械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末；
[0092] 将甲基纤维素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末调和成糊状，在Ti6A14V钛 合金表面涂覆，烘干后得到预铺涂层；
[0093] 采用功率为1. 5kW的激光束扫描辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的自润 滑耐磨复合涂层；其中，所述激光束的大小为长4mm、宽3mm，扫描速度为5mm/s。
[0094] 实施例4
[0095] 将60wt %粒度为15 μ m?45 μ m的镇、20wt %粒度为15 μ m?45 μ m的络、 6. 5wt%粒度为15 μ m?45 μ m的硼、8. 5wt%粒度为15 μ m?45 μ m的娃和5wt%的粒度为 0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用机械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末；
[0096] 将甲基纤维素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末调和成糊状，在Ti6A14V钛 合金表面涂覆，烘干后得到预铺涂层；
[0097] 采用功率为1. 5kW的激光束扫描辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的自润 滑耐磨复合涂层；其中，所述激光束的大小为长4mm、宽3mm，扫描速度为6mm/s。
[0098] 实施例5
[0099] 将95wt %粒度为15 μ m?45 μ m的Ni60合金粉末和5wt %的粒度为0· 2 μ m? 1. 5 μ m的六方氮化硼，采用机械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末，即Ni60-5 % h-BN混合合金粉末，其形貌如图2所示，图2为本申请实施例5提供的Ni60-5% h-BN混合 合金粉末的电镜照片。所述Ni60合金粉末由北京矿冶研究总院金属材料研究所提供，其 中，各成分的质量分数为：CO. 9%、B3. 3%、Si4. 5%、Crl6%、Fe彡8. 0、Ni其余。
[0100] 将甲基纤维素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末调和成糊状，在Ti6A14V钛 合金表面涂覆，烘干后得到预铺涂层；
[0101] 采用功率为1. 4kW的激光束扫描辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的自润 滑耐磨复合涂层（称为Ni60-5%h-BN涂层）；其中，所述激光束的大小为长4mm、宽3mm，扫 描速度为4mm/s。
[0102] 按照上文所述的方法，对所述涂层和钛合金基体表面的显微硬度进行测试。结果 参见图3,图3为本申请实施例5、比较例1提供的涂层和钛合金基体表面的显微硬度曲线。
[0103] 按照上文所述的方法，对所述涂层和钛合金基体表面进行摩擦、磨损性能测试。结 果参见图4和图5,图4为本申请实施例5、比较例1提供的涂层和钛合金基体表面在不同 温度下的摩擦系数，图5为本申请实施例5、比较例1提供的涂层和钛合金基体表面在不同 温度下的磨损率。
[0104] 600°C的磨损测试后，本实施例采用扫描电镜，观察所述涂层和钛合金基体表面的 磨损形貌。结果参见图6和图7,图6为磨损后钛合金基体表面的电镜照片，图7为本申请 实施例5提供的涂层磨损后的电镜照片。
[0105] 从图6可见，钛合金磨损表面有犁沟和少量的磨屑，根据磨屑的EDS结果分析，磨 屑中含有氧元素，说明在600°C时，钛合金的磨损机理是磨粒磨损和氧化磨损。从图7可见， Ni60-5 % h-BN涂层磨损表面比钛合金的磨损表面较光滑，在其磨损表面有一些磨屑和少 量的较浅的凹坑，根据磨屑的EDS结果分析，磨屑中含有氧元素，说明在600°C时，Ni60-5% h-BN涂层的磨损机理是氧化磨损和粘着磨损。
[0106] 比较例1
[0107] 将甲基纤维素溶解于乙醚中，加入粒度为15 μ m?45 μ m的Ni60合金粉末（来源、 成分与实施例5相同），调和成糊状，在Ti6A14V钛合金表面涂覆，烘干后得到预铺涂层；
[0108] 采用功率为1. 4kW的激光束扫描辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的耐磨 涂层（称为Ni60涂层）；其中，所述激光束的大小为长4mm、宽3mm，扫描速度为4mm/s。
[0109] 按照上文所述的方法，对所述涂层的显微硬度进行测试，结果参见图3。由图3可 知，Ti6A14V钛合金表面、Ni60涂层和Ni60-5% h-BN涂层的平均显微硬度分别为360HVa2、 1005. 23HVa2和1013. 75HVa2，两个涂层的显微硬度大约是钛合金基体的3倍，表明这两个 涂层均具有较好的耐磨性能，Ni60-5% h-BN涂层的平均显微硬度略高。
[0110] 按照上文所述的方法，对所述涂层进行摩擦、磨损性能测试，结果参见图4和图5。 从图4可以明显看出，在20°C、300°C和600°C下，Ti6A14V钛合金表面的摩擦系数分别为 0· 301、0· 265 和 0· 222 ;Ni60 涂层的摩擦系数分别为 0· 283、0· 254 和 0· 21 ;Ni60-5% h-BN 涂层的摩擦系数分别为0. 244、0. 177和0. 148。结果表明，Ni60涂层与钛合金表面的摩擦 系数没有明显的变化，因此Ni60涂层没有减摩作用。Ni60-5% h-BN涂层的摩擦系数比钛合 金表面明显减少，因此Ni60-5% h-BN涂层在室温到600°C范围内显示了优异的减摩作用。
[0111] 从图5可以看出，在20°C、300°C和600°C下，Ti6A14V钛合金表面的磨损率分别为 42. 3mm3/N. m、17. 2mm3/N. m和 9. 8mm3/N. m ;Ni60 涂层的磨损率分别为 2. 52mm3/N. m、3. 1 5mm3/ N. m 和 6. 54mm3/N. m ;Ni60_5 % h_BN 涂层的磨损率分别为 1. 13mm3/N. m、1. 19mm3/N. m 和 2. 25mm3/N.m。结果表明，两种涂层的磨损率都低于钛合金表面；其中，Ni60-5% h-BN涂层 在常温到600°C时的磨损率均低于Ni60涂层的磨损率，而在常温时Ni60-5% h-BN涂层的 自润滑效果特别明显。因此，Ni60-5% h-BN涂层从室温到600°C的宽广范围内都具有明显 的减摩耐磨性能。
[0112] 比较例2
[0113] 将85wt%粒度为15μπι?45μπι的Ni60合金粉末（来源、成分与实施例5相同） 和15wt %的粒度为0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用机械球磨法混合并烘干后，得到混 合合金粉末。
[0114] 将甲基纤维素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末调和成糊状，在Ti6A14V钛 合金表面涂覆，烘干后得到预铺涂层；
[0115] 采用功率为1.4kW的激光束扫描辐照所述预铺涂层，激光熔覆时飞溅厉害，没有 形成可以分析的涂层；其中，所述激光束的大小为长4_、宽3mm，扫描速度为4mm/s。
[0116] 比较例3
[0117] 将98wt%粒度为15μπι?45μπι的Ni60合金粉末（来源、成分与实施例5相同） 和2wt %的粒度为0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用机械球磨法混合并烘干后，得到混 合合金粉末。
[0118] 将甲基纤维素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末调和成糊状，在Ti6A14V钛 合金表面涂覆，烘干后得到预铺涂层；
[0119] 采用功率为1. 4kW的激光束扫描辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的涂层 (称为Ni60-2 % h-BN涂层）；其中，所述激光束的大小为长4mm、宽3mm，扫描速度为4mm/s。
[0120] 按照上文所述的方法，对所述涂层的显微硬度和摩擦磨损性能进行测试。结果显 示，Ni60-2%h-BN涂层与Ni60涂层的平均显微硬度、摩擦系数和磨损率的结果没有明显区 别。
[0121] 由比较例2和3可知，添加过多的六方氮化硼，不能形成激光熔覆涂层；添加过少 的六方氮化硼，不会起到有利作用。这是因为h-BN与钛合金基体的湿润性差，润湿角大，添 加量多时飞溅厉害，无法进入涂层，太少则无法起到其应有的作用。
[0122] 由以上实施例可知，本申请提供的自润滑耐磨复合涂层用于钛合金表面，其 由混合合金粉末通过激光烙覆制得，所述混合合金粉末包括：59wt %?62wt %的镍； 18. 5wt% ?21wt% 的络；5wt% ?8wt% 的硼；6. 5wt% ?10wt% 的娃；和 3wt% ?7wt% 的 六方氮化硼。本申请添加适量的六方氮化硼，可作为所述耐磨涂层材料的润滑相，有效地减 轻涂层自身及其与对偶件的摩擦磨损，从而大幅度提高钛合金的高温耐磨寿命。另外，相比 银等贵金属，六方氮化硼价格便宜，性价比高。
[0123] 并且，本申请采用激光熔覆技术，将上述混合合金粉末在钛合金表面上制成了自 润滑耐磨复合涂层。本申请提供的制备方法可以获得组织细小致密、且与钛合金基体呈牢 固冶金结合的涂层材料，从而显著提高钛合金材料的综合力学性能。同时，本申请提供的制 备方法简便易操作，适于推广。
【权利要求】
1. 一种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层，由混合合金粉末在钛合金表面经激光 熔覆制得，所述混合合金粉末包括： 59wt% ?62wt% 的镇； 18. 5wt% ?21wt% 的络； 5wt%?8wt%的硼； 6. 5wt%?10wt%的娃；和 3wt%?7wt%的六方氮化硼。
2. 根据权利要求1所述的自润滑耐磨复合涂层，其特征在于，所述混合合金粉末包括 60wt%的镍。
3. 根据权利要求1所述的自润滑耐磨复合涂层，其特征在于，所述混合合金粉末包括 4wt %?6wt %的六方氮化硼。
4. 根据权利要求1所述的自润滑耐磨复合涂层，其特征在于，所述六方氮化硼的粒度 3 0. 2 μ m ~ 1. 5 μ m。
5. 根据权利要求1所述的自润滑耐磨复合涂层，其特征在于，所述钛合金表面为 Ti6A14V钛合金表面。
6. -种用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层的制备方法，包括以下步骤： 将混合合金粉末和粘结剂混合后涂覆于钛合金表面，形成预铺涂层，所述混合合金粉 末包括： 59wt% ?62wt% 的镇； 18. 5wt% ?21wt% 的络； 5wt%?8wt%的硼； 6. 5wt%?10wt%的娃；和 3wt%?7wt%的六方氮化硼； 采用激光束辐照所述预铺涂层，得到用于钛合金表面的自润滑耐磨复合涂层。
7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述激光束的功率为 1200W?1500W ;所述激光束的扫描速度为2mm/s?6mm/s ;所述激光束的尺寸为 4mm (长）X 3mm (宽）。
8. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为甲基纤维素。
【文档编号】B22F1/00GK104087789SQ201410363359
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】刘秀波, 任佳, 罗健, 相占凤, 王明娣, 陈瑶 申请人:苏州大学