一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，包括以下步驟：一）鈦合金基材待熔覆表面預(yù)處理：去除鈦合金基材待熔覆表面的氧化膜；二）熔覆材料配制：熔覆材料配方是NiCrBSi合金粉末與Ni/MoS2粉末按50-95:5-50的質(zhì)量比配制，并混合均勻；三）預(yù)置熔覆材料：首先將混合均勻的熔覆材料用具有揮發(fā)性的有機溶劑調(diào)成糊狀，涂覆在鈦合金基材的待熔覆表面，涂覆層厚度為0.6～2.0mm，然后將涂覆層烘干；四）激光熔覆：采用激光器照射涂覆層，使涂覆層熔覆在鈦合金基材上。本發(fā)明能夠解決因固體潤滑劑的分解和蒸發(fā)造成的潤滑性能降低問題，且能更好地發(fā)揮其潤滑作用。
【專利說明】一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光金屬表面加工技術(shù)，具體為一種利用高能密度激光束熔覆原位自生CrxSy潤滑的Ni基復(fù)合涂層的激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前鈦合金激光熔覆的研究工作主要是圍繞提高其耐磨性能而開展的，其中研究最為廣泛的是陶瓷顆粒增強的金屬基復(fù)合涂層。根據(jù)熔覆材料體系可將現(xiàn)有的研究大致分為以下兩種。一種是以Ti或T1-6A1-4V合金與WC、Cr3C2, B4C、TiC, TiCN, CNT、BN的混合粉作熔覆材料，制備Ti基復(fù)合涂層。如張松(參見:張松，張春華，王茂才，等.TiC/Ti復(fù)合材料激光熔覆層的沖擊磨粒磨損性能[J].金屬學(xué)報，2002，38(10):1100-1104.)等以T1-Cr3C2作熔覆材料，在TC4合金表面獲得了 TiC顆粒增強的Ti基復(fù)合涂層，涂層的抗沖擊磨粒磨損性能比TC4合金提高了 2倍。Savalani等(參見:M M Savalani, C CNg, Q H Li, etal.1n situ formation of titanium carbide using titanium and carbon—nanotubepowders by laser cladding[J].Applied Surface Science,2012，258:3173 - 3177.)在純鈦表面激光熔覆Ti和碳納米管，激光熔覆過程中Ti與碳納米管發(fā)生反應(yīng)，生成細(xì)小的TiC樹枝晶，涂層的硬度和耐磨性能受碳納米管含量的影響，隨著碳納米管含量的增加，硬度升高，耐磨性增加。另一種是以Ni基自熔性合金與B4C、Cr3C2, BN、TiN、石墨等的混合粉作熔覆材料，制備Ni基復(fù)合涂層。如Meng等(參見:Meng Qing ffu, Geng L, Zhang BY.Laser cladding of Ni—base composite coatings onto T1-6A1_4V substrates withpre-placed B4C+NiCrBSi powders[J].Surface and Coatings Technology, 2006, 200(16-17):4923-4928.)在Ti_6Al_4V合金表面激光熔覆NiCi*BSi+B4C，通過激光熔覆過程中B4C與Ti (來源于基材表層的熔化)之間的化學(xué)反應(yīng)，獲得了以TiB2和TiC為增強相的Ni基復(fù)合涂層，涂層平均硬度為 HV1300。Molian 等(參見:P A Molian, L Hualum.Laser claddingof Ti_6Al_4V with BN for improved wear performance[J].Wear, 1989，130:337-352)研究了 T1-6A1-4V合金表面NiCrCoAlY-BN激光熔覆層的硬度和磨損性能，結(jié)果表明，熔覆層的硬度隨BN含量的增加而增大，最`高硬度為HV1200，磨損率比時效硬化和激光表面熔凝的鈦合金降低了 I~2個數(shù)量級。
[0003]激光熔覆金屬基自潤滑復(fù)合涂層兼具金屬基體良好的耐磨性、韌性及固體潤滑劑的減摩性能，其摩擦磨損行為取決于金屬基體的成分、組織以及潤滑劑的種類、體積分?jǐn)?shù)、大小和分布等。Ni基合金是目前使用最廣泛的基體材料，而二硫?qū)倩衔?、六方BN、氟化物均可作為固體潤滑劑使用。Yang等(參見:Maosheng Yang, Xiubo Liu, JiweiFan, et al.Microstructure and wear behaviors of laser clad NiCr/Cr3C2 - WS2hightemperature self-lubricating wear-resistant composite coating[J].AppliedSurface Science, 2012，258:3757 - 3762.)在 0Crl8Ni9 不銹鋼表面激光熔覆 NiCr/Cr3C2-30%WS2高溫自潤滑涂層，并與NiCr/Cr3C2涂層進行了比較。結(jié)果表明，激光熔覆NiCr/Cr3C2 涂層由 Cr7C3 相和 Y-(Fe, Ni) /Cr7C3 共晶組成，而 NiCr/Cr3C2-30%WS2 涂層由Cr7C3> Y-(Fe, Ni)、(Cr, ff) C及少量WS2組成(在激光熔覆過程中WS2發(fā)生了分解和反應(yīng))，在室溫、300°C和600°C下，NiCr/Cr3C2-30%WS2涂層的摩擦系數(shù)均小于NiCr/Cr3C2涂層的摩擦系數(shù)。Wang 等(參見:A H Wang, X L Zhang, X F Zhang.N1-based alloy/submicronWS2self-lubricating composite coating synthesized by Nd:YAG laser cladding[J].Materials Science and Engineering A, 2008，475:312 - 318.)米用 YAG 激光器在 45 鋼表面熔覆Ni基WS2涂層，通過高能球磨制備納米Ni包亞微米級WS2粉末來阻止激光熔覆過程中WS2的氧化、分解、蒸發(fā)，并改善WS2與Ni60基體的潤濕性。結(jié)果表明:激光熔覆Ni60-WS2涂層的摩擦系數(shù)(0.36)比Ni45-ffS2-CaF2涂層(0.45~0.55)及Ν?60涂層(0.5~0.6)低，并且抗磨損能力也比激光熔覆Ni60涂層高3倍。劉秀波等(參見:劉秀波，石世宏，傅戈雁，等.Y-TiAl合金N1-Cr-C-CaF2復(fù)合材料激光熔覆[J].中國激光，2009，36 (6): 1591-1594.)在y -TiAl合金表面激光熔覆N1-Cr-C-CaF2自潤滑涂層，雖然選用了較低的激光能量密度，但由于CaF2的熔點和密度較低，且與金屬基體相容性較差，CaF2在一定程度上發(fā)生了上浮、分解和蒸發(fā)。Liu等的進一步研究表明，使用N1-P化學(xué)鍍包覆CaF2的方法，可以改善CaF2與金屬基體的潤濕性，并降低其在激光輻照時的分解和蒸發(fā)程度，使一定數(shù)量的CaF2保留在涂層中。
[0004] 由上述可見，激光熔覆自潤滑涂層材料廣泛，且不受通常的冶金熱力學(xué)條件限制。但是，由于激光熔覆加熱溫度高，加之固體潤滑劑的熱穩(wěn)定性較差，在激光熔覆過程中大部分固體潤滑劑將發(fā)生分解和蒸發(fā)，只有少量潤滑劑保留在涂層中，大大降低了涂層的自潤滑性能。盡管人們采取了優(yōu)化激光熔覆工藝參數(shù)、對固體潤滑劑粉末進行包覆處理等措施，但這些措施只能在一定程度上降低潤滑劑的分解和蒸發(fā)，與期望的效果相差甚遠(yuǎn)。因此，如何解決激光熔覆過程中因固體潤滑劑的分解和蒸發(fā)造成的潤滑性能降低問題，是激光熔覆自潤滑涂層技術(shù)目前迫切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，該方法能夠解決激光熔覆過程中因固體潤滑劑的分解和蒸發(fā)造成的潤滑性能降低問題，并且該方法工藝過程簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0007]一)鈦合金基材待熔覆表面預(yù)處理:去除鈦合金基材待熔覆表面的氧化膜；
[0008]二)熔覆材料配制:熔覆材料配方是NiCrBSi合金粉末與Ni/MoS2粉末按50-95:5-50的質(zhì)量比配制，并混合均勻；
[0009]三)預(yù)置熔覆材料:首先將混合均勻的熔覆材料用具有揮發(fā)性的有機溶劑調(diào)成糊狀，涂覆在鈦合金基材的待熔覆表面，涂覆層厚度為0.6~2.0mm，然后將涂覆層烘干；
[0010]四)激光熔覆:采用激光器照射涂覆層，使涂覆層熔覆在鈦合金基材上。
[0011]所述NiCrBSi合金為Ni60，粒度為-150~+300目；所述Ni/MoS2粉末中的MoS2含量為20~30wt.%，所述Ni/MoS2粉末的粒度為-150~+300目。
[0012]在步驟四)之前步驟三)之后，將帶有涂覆層的鈦合金基材預(yù)熱到120~160°C。
[0013]在步驟一)之后步驟二)之前，對待熔覆表面進行鈍化處理。[0014]所述步驟四)采用YAG激光器照射涂覆層，激光器的輸出功率P=800~900W，光束掃描速度V=2~4mm/s，光斑直徑D=I~3mm ;在激光熔覆過程中采用氬氣對熔池進行保護，氬氣的流量為20~30L/min。
[0015]所述鈦合金基材為TCl、TC4和TC9中的任意一種。
[0016]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:采用由NiCrBSi合金粉末和Ni/MoS2粉末組成的熔覆材料，利用激光熔覆過程中熔覆材料組元之間的化學(xué)反應(yīng)，在涂層中原位形成新的潤滑相，不僅能夠解決因固體潤滑劑的分解和蒸發(fā)造成的潤滑性能降低問題，而且由于新的潤滑相是在激光熔覆過程中形成的熱力學(xué)穩(wěn)定相，具有與鈦合金基材金屬相容性好和分布均勻等優(yōu)點，能更好地發(fā)揮其潤滑作用。并且，本發(fā)明在激光熔覆工序之前對帶有涂覆層的鈦合金基材進行了預(yù)熱處理，減小了涂層中的熱應(yīng)力，因此能夠減少或消除涂層中的裂紋。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明所采用的熔覆材料NiCrBSi合金粉末的形貌照片；
[0018]圖2為本發(fā)明所采用熔覆材料Ni包MoS2粉末的形貌照片；
[0019]圖3為本發(fā)明單道激光熔覆層橫截面的形貌照片；
[0020]圖4為本發(fā)明單道激光熔覆層表面的形貌照片；
[0021]圖5為本發(fā)明激光熔覆層表層金相組織照片；
[0022]圖6為本發(fā)明激光熔覆層底層金相組織照片；
[0023]圖7為本發(fā)明激光熔覆層與基材結(jié)合區(qū)金相組織照片；
`[0024]圖8為本發(fā)明激光熔覆層顯微硬度沿層深方向曲線圖；
[0025]圖9為本發(fā)明激光熔覆層的摩擦系數(shù)曲線圖；
[0026]圖10為基材TC4合金磨損表面形貌的金相照片；
[0027]圖11為本發(fā)明激光熔覆層磨損表面形貌的金相照片。
【具體實施方式】
[0028]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0029]本發(fā)明一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法的設(shè)計思路:
[0030]一)在保證熔覆層與鈦合金基材冶金結(jié)合的前提下，利用激光熔覆過程中熔覆材料組元之間的化學(xué)反應(yīng)，在涂層中原位形成新的潤滑相，以緩解或避免因固體潤滑劑的分解和蒸發(fā)造成的失效問題。
[0031]二)在熔覆前，對帶有涂覆層的鈦合金基材進行預(yù)熱，以減小熔覆時的溫升，進而減小因熔覆形成的熱應(yīng)力，減少或消除激光熔覆層中的裂紋。
[0032]本發(fā)明從激光熔覆材料設(shè)計、鈦合金基材表面預(yù)處理和激光熔覆工藝優(yōu)化等方面進行了創(chuàng)新設(shè)計:
[0033]一)激光熔覆材料的設(shè)計
[0034]激光熔覆材料的設(shè)計必須考慮以下幾個方面的問題:
[0035]I)應(yīng)具有較高的硬度和自潤滑性能。[0036]2)激光熔覆材料與鈦合金基材之間應(yīng)具有良好的冶金相容性。
[0037]根據(jù)上述原則，本發(fā)明采用由NiCrBSi合金粉末和Ni包覆MoS2粉末組成的熔覆材料，即在鈦合金基材表面采用激光熔覆形成熔覆層時，由Ni包覆MoS2提供S源，與NiCrBSi合金粉末中的Cr元素發(fā)生反應(yīng)，原位形成新的潤滑相CrxSy,以緩解或避免因固體潤滑劑-MoS2的分解和蒸發(fā)造成的潤滑性能下降。
[0038]二)鈦合金基材的預(yù)處理
[0039]鈦與氧的親和力很大，常溫下就能與空氣中的氧結(jié)合形成一層致密的氧化鈦薄膜，且該氧化膜層很難徹底去除，影響熔覆層與基材之間的結(jié)合。為此，本發(fā)明采用機械方法和化學(xué)方法聯(lián)合的去膜方法。
[0040]三)激光熔覆方法的優(yōu)化
[0041]I)在激光熔覆過程中加強對熔化金屬的保護，以防止周圍空氣的浸入；采用氬氣對熔池進行保護。
[0042]2)調(diào)控激光功率、激光束掃描速度和光斑直徑等激光器工作參數(shù)，分析激光器的工作參數(shù)對熔覆層宏觀和微觀的質(zhì)量影響，設(shè)計合理和最佳的工藝參數(shù)。
[0043]本發(fā)明一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0044]—)鈦合金基材待熔覆表面預(yù)處理:去除鈦合金基材待熔覆表面的氧化膜；
[0045]二)熔覆材料配制:熔覆材料配方是NiCrBSi合金粉末與Ni/MoS2粉末按50-95:5-50的質(zhì)量比配制，并混合均勻。
[0046]三)預(yù)置熔覆材料:`首先將混合均勻的熔覆材料用具有揮發(fā)性的有機溶劑調(diào)成糊狀，涂覆在鈦合金基材的待熔覆表面，涂覆層厚度為0.6~2.0mm，然后將涂覆層烘干。
[0047]四)激光熔覆:采用激光器照射涂覆層，使涂覆層熔覆在鈦合金基材上。
[0048]為防止熔覆層產(chǎn)生裂紋，本發(fā)明在進行激光熔覆之前預(yù)置熔覆材料之后，將帶有涂覆層的鈦合金基材預(yù)熱到120~160°C。
[0049]本發(fā)明將自蔓延高溫合成技術(shù)與激光熔覆技術(shù)結(jié)合在一起，即通過熔覆材料設(shè)計，利用激光熔覆過程中熔覆材料組元之間的化學(xué)反應(yīng)，在熔覆層中原位合成新的潤滑相。采用NiCrBSi和Ni包MoS2作熔覆材料，通過MoS2分解提供S源，并與NiCrBSi合金中的Cr元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成CrxSy新的潤滑相；同時由于稀釋作用進入熔覆層中的Ti與C和B等元素發(fā)生反應(yīng)，生成TiC和TiB2等陶瓷硬質(zhì)相，潤滑相與硬質(zhì)相的共同作用使熔覆層具有較高的硬度和良好的自潤滑性能。本發(fā)明還通過機械方法和和化學(xué)方法聯(lián)合去除氧化膜并對去除氧化膜后的進行表面鈍化，徹底消除了基材表面的氧化膜，消除了氧化膜的有害作用。通過對激光熔池的保護和激光熔覆工藝參數(shù)優(yōu)化，防止了熔化金屬的氧化及氣孔等缺陷的形成，進而可在鈦合金表面獲得成型良好、無氣孔和裂紋、結(jié)合牢固的熔覆層。
[0050]本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
[0051]下面給出本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明不受實施例的限制。
[0052]實施例1:
[0053]一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0054]一)鈦合金基材待熔覆表面預(yù)處理:去除鈦合金基材待熔覆表面的氧化膜；
[0055]在本實施例中鈦合金基材的材質(zhì)為TC4。去除TC4鈦合金基材待熔覆表面氧化膜的具體方法:先采用400#金相砂紙對待熔覆表面進行打磨，然后浸入10%Na0H溶液中3分鐘，取出后依次在蒸餾水、丙酮和酒精中進行超聲波清洗，最后干燥；
[0056]為防止待熔覆表面再次快速氧化，在待熔覆表面去除氧化膜后，應(yīng)對去除氧化膜后的待熔覆表面進行鈍化處理，在本發(fā)明的實施例中，采用硝酸進行表面鈍化處理。
[0057]二)熔覆材料配制:熔覆材料配方是NiCrBSi合金粉末與Ni/MoS2粉末按50:50的質(zhì)量比配制，并混合均勻。
[0058]在本實施例中，NiCrBSi合金粉末采用Ni60合金粉末。參見圖1和圖2，圖1示出的是Ni60合金粉末的形貌照片，圖2示出的是Ni/MoS2合金粉末的形貌照片，Ν?60合金粉末和Ni/MoS2粉末按50:50的質(zhì)量比配制。在本發(fā)明的實施例中，采用滾筒式混粉器混粉，混粉時間為8小時，直至Ni60合金粉末和Ni/MoS2粉末混合均勻。Ni60合金粉末的粒度為-150~+300目；應(yīng)盡量使Ni/MoS2粉末的粒度與Ni60合金粉末的粒度相近以便于混勻，在本實施例，所述Ni/MoS2粉末的粒度為-150目，所述Ni/MoS2粉末中MoS2的含量為25wt.%o
[0059]三)預(yù)置熔覆材料:首先將混合均勻的熔覆材料用具有揮發(fā)性的有機溶劑調(diào)成糊狀，涂覆在鈦合金基材的待熔覆表面，涂覆層厚度為1.0mm，然后將涂覆層烘干。
[0060]在本實施例中，采用酒精將熔覆材料調(diào)成糊狀，涂覆在鈦合金基材表面，置于真空爐中烘干，烘干溫度為70°C，烘干時間為I小時。
[0061]四)激光熔覆:采用激光器照射涂覆層，使涂覆層熔覆在鈦合金基材上。
[0062]在本發(fā)明的實施例中，采用NCLT Cff-1OOO型YAG激光器照射鈦合金表面上的涂覆層，激光熔覆的工藝參數(shù)為:激光輸出功率P=800W，光束掃描速度V=2mm/s，光斑直徑為D=Imm ;在激光熔覆過程中采用氬氣對熔池進行保護，氬氣的流量為20L/min。
[0063]為防止熔覆層產(chǎn)生裂紋，本實施例在進行激光熔覆之前預(yù)置熔覆材料之后，將帶有涂覆層的鈦合金基材預(yù)熱到150°C。
[0064]請參見圖3和圖4，由圖可以看出熔覆層中無氣孔和裂紋等缺陷，表面連續(xù)均勻。通過對熔覆層的形貌微觀組織進行研究分析表明:激光熔覆層由TiC和CrB顆粒、CrxSy顆粒和樹枝晶、共晶基體組成，請參見圖5和圖6 ;激光熔覆層與鈦合金基材結(jié)合區(qū)的組織為定向生長的樹枝晶，且與鈦合金基材呈聯(lián)生結(jié)晶特征，使熔覆層與鈦合金基材之間形成了良好的冶金結(jié)合，請參見圖7。采用本實施例制備的熔覆層的硬度在850~950HVa2之間，基材的硬度在350HVa2左右，前者約為后者的2~3倍，請參見圖8，充分顯示了本發(fā)明對鈦合金表面硬度的強化效果。
[0065]采用本實施例制備的熔覆層的自潤滑亦即減摩性能試驗如下:
[0066]將一試樣用線切割機切成7mmX 7mmX 25mm的試塊,與GCrl5鋼組成摩擦副進行磨損試驗，試塊上帶有激光熔覆層，且激光熔覆層由多道熔覆條搭接而成。
[0067]磨損試驗的參數(shù)為:法向載荷50N,轉(zhuǎn)速200rpm,時間30min。摩擦系數(shù)隨時間的變化曲線請參見圖9，可見在此試驗參數(shù)下，自潤滑Ni基復(fù)合熔覆層具有較小的摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)在0.2左右。請參見圖10和圖11，圖10和圖11分別為TC4合金和自潤滑Ni基復(fù)合熔覆層的 磨損表面形貌的金相照片。由圖可見，TC4合金磨損表面磨痕深且寬，并且平直連續(xù)，呈現(xiàn)明顯的犁削特征，而自潤滑Ni基復(fù)合熔覆層磨損表面因形成有潤滑膜，而潤滑膜的形成避免了摩擦副的直接接觸，減小的摩擦系數(shù)，也充分顯示了本實施例對鈦合金表面的減摩效果。[0068]采用本實施例制備的自潤滑熔覆層，經(jīng)檢測，表面質(zhì)量良好，內(nèi)部無氣孔，硬度為:850~950HV0 2之間，與GCrl5鋼的摩擦系數(shù)為0.18~0.22。
[0069]實施例2:
[0070]一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，與實施例1的不同之處在:
[0071]一)鈦合金基材的材質(zhì)為TCl ;去除鈦合金基材待熔覆表面的氧化膜時，采用1000#金相砂紙對待熔覆表面進行打磨，然后浸入8%Na0H溶液中2分鐘。
[0072]二)熔覆材料采用Ni60合金粉末與Ni/MoS2粉末按95:5的質(zhì)量比配制。Ni60合金粉末的粒度為-150~+300目；所述Ni/MoS2粉末中MoS2的含量為30wt.%，粒度為-200目。
[0073]三)涂覆層厚度為2.0mm。烘干溫度為120°C，烘干時間為0.5小時。
[0074]四)采用NCLT Cff-1OOO型YAG激光器照射鈦合金表面上的涂覆層，激光熔覆的工藝參數(shù)為:激光輸出功率P=900W，光束掃描速度V=lmm/s，光斑直徑為D=2mm。在激光熔覆過程中采用氬氣對熔池進行保護,氬氣的流量為30L/min。
[0075]本實施例在進行激光熔覆之前預(yù)置熔覆材料之后，將帶有涂覆層的鈦合金基材預(yù)熱到120℃。
[0076]采用本實施例制備的自潤滑熔覆層，經(jīng)檢測，表面質(zhì)量良好，內(nèi)部無氣孔，硬度為:850~1000HV0 2,與GCr 15鋼的摩擦系數(shù)為0.28~0.33。
[0077]實施例3:
[0078]—種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，與實施例1的不同之處在:
[0079]一)鈦合金基材的材質(zhì)為TC9 ;去除鈦合金基材待熔覆表面的氧化膜時，采用1000#金相砂紙對待熔覆表面進行打磨，然后浸入2%Na0H溶液中5分鐘。
[0080]二)熔覆材料采用Ni60合金粉末與Ni/MoS2粉末按75:25的質(zhì)量比配制。Ni60合金粉末的粒度為-150~+300目；應(yīng)盡量使Ni/MoS2粉末的粒度與Ni60合金粉末的粒度相近以便于混勻，在本實施例，所述Ni/MoS2粉末中MoS2的含量為30wt.%，所述Ni/MoS2粉末粒度為-200目。
[0081]三)涂覆層厚度:0.6mm。烘干溫度為120°C，烘干時間為0.5小時。
[0082]四)采用NCLT Cff-1OOO型YAG激光器照射鈦合金表面上的涂覆層，激光熔覆的工藝參數(shù)為:激光輸出功率P=850W，光束掃描速度V=4mm/s，光斑直徑為D=3mm。在激光熔覆過程中采用氬氣對熔池進行保護,氬氣的流量為20L/min。
[0083]本實施例在進行激光熔覆之前預(yù)置熔覆材料之后，將帶有涂覆層的鈦合金基材預(yù)熱到160°C。
[0084]采用本實施例制備的自潤滑熔覆層，經(jīng)檢測，表面質(zhì)量良好，內(nèi)部無氣孔，硬度為:800~900HV0 2,與GCr 15鋼的摩擦系數(shù)為0.2~0.25。
[0085]實施例4:
[0086]一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，與實施例1的不同之處在:
[0087]一)鈦合金基材的材質(zhì)為TC9。
[0088]二)熔覆材料采用Ni60合金粉末與Ni/MoS2粉末按85:15的質(zhì)量比配制。Ni60合金粉末的粒度為-150~+300目；所述Ni/MoS2粉末中MoS2的含量為30wt.%，所述Ni/MoS2粉末的粒度為+300目。[0089]三)涂覆層厚度:1.5mm。烘干溫度為160°C，烘干時間為0.8小時。
[0090]四)采用NCLT Cff-1OOO型YAG激光器照射鈦合金表面上的涂覆層，激光熔覆的工藝參數(shù)為:激光輸出功率P=850W，光束掃描速度V=3mm/s，光斑直徑為D=2mm。在激光熔覆過程中采用氬氣對熔池進行保護,氬氣的流量為20L/min。
[0091 ] 本實施例在進行激光熔覆之前預(yù)置熔覆材料之后，將帶有涂覆層的鈦合金基材預(yù)熱到160°C。
[0092]本實施例制備的自潤滑熔覆層，經(jīng)檢測，表面質(zhì)量良好，內(nèi)部無氣孔，硬度為:840~940HV0 2,與GCr 15鋼的摩擦系數(shù)為0.23~0.28。
[0093]實施例5:
[0094]一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，與實施例1的不同之處在:熔覆材料采用Ni25合金粉末與Ni/MoS2粉末按50:50的質(zhì)量比配制。
[0095]本實施例制備的自潤滑熔覆層，經(jīng)檢測，表面質(zhì)量良好，內(nèi)部無氣孔，硬度為:800~900HV0 2,與GCr 15鋼的摩擦系數(shù)為0.19~0.21。
[0096]實施例6:
[0097]—種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，與實施例2的不同之處在:熔覆材料采用Ni35合金粉末與Ni/MoS2粉末按95:5的質(zhì)量比配制。
[0098]本實施例制備的自潤滑熔覆層，經(jīng)檢測，表面質(zhì)量良好，內(nèi)部無氣孔，硬度為:850~950HV0 2,與GCr 15鋼的摩擦系數(shù)為0.28~0.35。
`[0099]實施例7:
[0100]一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，與實施例3的不同之處在:熔覆材料采用Ni45合金粉末與Ni/MoS2粉末按75:25的質(zhì)量比配制。
[0101]本實施例制備的自潤滑熔覆層，經(jīng)檢測，表面質(zhì)量良好，內(nèi)部無氣孔，硬度為:830~935HV0 2,與GCr 15鋼的摩擦系數(shù)為0.22~0.27。
[0102]實施例8:
[0103]一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，與實施例4的不同之處在:熔覆材料采用Ni45合金粉末與Ni/MoS2粉末按85:15的質(zhì)量比配制。
[0104]本實施例制備的自潤滑熔覆層，經(jīng)檢測，表面質(zhì)量良好，內(nèi)部無氣孔，硬度為:850~960HV0 2,與GCr 15鋼的摩擦系數(shù)為0.24~0.28。
[0105]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 一)鈦合金基材待熔覆表面預(yù)處理:去除鈦合金基材待熔覆表面的氧化膜； 二)熔覆材料配制:熔覆材料配方是NiCrBSi合金粉末與Ni/MoS2粉末按50-95:5-50的質(zhì)量比配制，并混合均勻； 三)預(yù)置熔覆材料:首先將混合均勻的熔覆材料用具有揮發(fā)性的有機溶劑調(diào)成糊狀，涂覆在鈦合金基材的待熔覆表面，涂覆層厚度為0.6~2.0mm，然后將涂覆層烘干； 四)激光熔覆:采用激光器照射涂覆層，使涂覆層熔覆在鈦合金基材上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，其特征在于，所述Ni/MoS2粉末中的MoS2含量為20~30wt.%，所述Ni/MoS2粉末的粒度為-150~+300目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，其特征在于，在步驟四)之前步驟三)之后，將帶有涂覆層的鈦合金基材預(yù)熱到120~160°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，其特征在于，在步驟一)之后步驟二)之前，對待熔覆表面進行鈍化處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟四)采用YAG激光器照射涂覆層，激光器的輸出功率P=800~900W，光束掃描速度V=2~4mm/s，光斑直徑D=I~3mm ;在激光熔覆過程中采用氬氣對熔池進行保護，氬氣的流量為 20 ~30L/min。`
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆鈦合金表面自潤滑涂層的制備方法，其特征在于，所述鈦合金基材為TC1、TC4和TC9中的任意一種。
【文檔編號】C23C24/10GK103774138SQ201410027663
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】孫榮祿, 牛偉, 雷貽文, 唐英 申請人:天津工業(yè)大學(xué)