在鈦金屬表面制備高質(zhì)量鎳基合金涂層的激光熔覆方法
【專利摘要】一種在鈦金屬表面制備高質(zhì)量鎳基合金涂層的激光熔覆方法,其特征是它由混合粉壓實片預(yù)制和激光熔覆處理二個步驟組成。所述的混合粉壓實片預(yù)制是指將鎳基自熔性合金粉末、氧化鑭粉末先用球磨機(jī)混合均勻,然后烘干,最后在壓力機(jī)上壓制成片。所述的激光熔覆處理是指將壓制片放置在經(jīng)清潔處理的鈦金屬表面,然后進(jìn)行激光熔覆加工。本發(fā)明通過添加氧化鑭(La2O3),提高了鎳基涂層粉末對激光熱的吸收性能,提高了涂層與基體的界面融合性能。本發(fā)明熔覆工藝性能優(yōu)良,涂層組織致密,界面結(jié)合好,涂層與基體的過渡區(qū)的硬度呈梯度連續(xù)變化,實現(xiàn)了涂層到基體“軟著陸”,涂層硬度HV642.86比基體硬度HV350顯著提高。
【專利說明】在鈦金屬表面制備高質(zhì)量鎳基合金涂層的激光熔覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及表面改性領(lǐng)域,特指一種在鈦金屬表面制備高質(zhì)量鎳基合金涂層的激光表面熔覆工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦金屬具有比強(qiáng)度高、耐蝕性優(yōu)異、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn),在航空航天、武器裝備以及民用工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但其硬度較低、摩擦系數(shù)較大、耐磨損性較差,限制了其性能的充分發(fā)揮。
[0003]鎳基自熔性合金具有具有良好的耐熱性、抗氧化性、耐蝕性、耐磨損性,且其價格適中,成分設(shè)計廣泛,是應(yīng)用最廣的耐磨涂層材料之一。因此在鈦金屬表面制備高質(zhì)量的鎳基合金涂層是改善鈦金屬耐磨性的有效途徑。
[0004]激光能量密度高,對材料表面改性具有升溫速度快、溫度高、冷卻快、冶金質(zhì)量高、界面結(jié)合好等工藝特點(diǎn),已成為涂層制備的一種重要方法。但是如果表面改性材料對激光束的反射率強(qiáng),則將給激光表面改性帶來極大的困難。
[0005]氧化鑭(La2O3)是一種常用的稀土改性材料,將其引入到激光熔覆涂層中,一方面可以提高表面改性材料對激光束的吸收率,另一方面可以通過發(fā)揮稀土材料的活性效應(yīng),改善涂層的組織和性能。
[0006]到目前為止 ,我國尚未有一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的在鈦金屬表面制備高質(zhì)量鎳基合金涂層的激光熔覆工藝方法可供使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是針對鈦金屬表面硬度較低、摩擦系數(shù)較大、耐磨損性較差的問題,發(fā)明一種在鈦金屬表面制備高質(zhì)量鎳基合金涂層的激光熔覆方法,以便提高鈦金屬的耐磨等性能。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種在鈦金屬表面制備高質(zhì)量鎳基合金涂層的激光熔覆工藝方法,其特征是它包括混合粉壓實片預(yù)制和激光熔覆處理二個步驟,所述的混合粉壓實片由鎳基自熔性合金粉末和氧化鑭(La2O3)粉末組成,所述的混合粉壓實片預(yù)制是指將質(zhì)量百分比為97-99%的鎳基自熔性合金粉末和質(zhì)量百分比為1-3%的氧化鑭(La2O3)粉末置于球磨機(jī)中球磨混合均勻,然后烘干,最后在壓力機(jī)上壓制成厚度不超過I毫米的預(yù)制壓實片;所述的激光熔覆處理是指將前步所得的預(yù)制壓實片放置在經(jīng)清潔處理的鈦金屬表面,然后進(jìn)行激光熔覆加工。
[0009]所述的混合粉壓實片的最佳配方是由質(zhì)量百分比為98%鎳基自熔性合金粉末和質(zhì)量百分比為2%氧化鑭(La2O3)粉末經(jīng)球磨混合、烘干和壓力機(jī)壓制而成。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
(I)本發(fā)明通過添加氧化鑭(La2O3),提高了鎳基涂層粉末對激光熱的吸收性能,提高了涂層與基體的界面融合性能。[0011](2)本發(fā)明的鎳基涂層組織致密,涂層組織為均勻致密的樹枝晶,涂層與基體的過渡區(qū)其硬度呈梯度連續(xù)變化,實現(xiàn)了涂層到基體“軟著陸”。
[0012](3)本發(fā)明鎳基涂層的平均硬度HV642.86比基體硬度HV350顯著提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例一的鎳基合金涂層橫切面金相照片。
[0014]圖2是本發(fā)明實施例一的鎳基合金涂層過渡區(qū)掃描電子顯微鏡形貌照片。
[0015]圖3是本發(fā)明實施例一的鎳基合金涂層組織的掃描電子顯微鏡照片。
[0016]圖4是本發(fā)明實施例一的鎳基合金涂層的顯微硬度沿橫切面層深的分布圖。
[0017]圖5是本發(fā)明實施例二的鎳基合金涂層的橫切面金相照片。
[0018]圖6是本發(fā)明對比例一的鎳基合金涂層的橫切面金相照片。
[0019]【具體實施方式】:
以下結(jié)合附圖及具體實施例,對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0020]實施例一 如圖1 一 4所示。 [0021]將FlO I鎳基自熔性合金粉末(可直接市購,下同)98克、氧化鑭(La2O3)粉末2克(可直接市購,下同),置于球磨機(jī)內(nèi)混合均勻,取出烘干,在壓力機(jī)上壓制成片(厚度約為0.7mm,最大可壓制厚度為1mm)。將壓制片放置在經(jīng)清潔處理的鈦金屬表面,采用YLS-6000光纖激光器對其進(jìn)行激光熔覆,工藝參數(shù)為:激光功率1.8KW,掃描速度420mm/min,光斑直徑2mm。即獲得一種鈦金屬表面高質(zhì)量鎳基合金涂層。
[0022]本實施例獲得的涂層組織致密(圖1),界面結(jié)合緊密(圖2),涂層組織為均勻致密的樹枝晶(圖2、圖3),涂層與基體的過渡區(qū)的硬度呈梯度連續(xù)變化,涂層到基體實現(xiàn)“軟著陸”,有利于解決涂層開裂等問題的硬度變化小,其平均硬度為HV642.86 (圖4)。
[0023]實施例二。
[0024]將FlOl鎳基自熔性合金粉末97克、氧化鑭(La2O3)粉末3克,置于球磨機(jī)內(nèi)混合均勻,取出烘干,在壓力機(jī)上壓制成片(厚度約為0.7 mm,最大可壓制厚度為1mm。將壓制片放置在經(jīng)清潔處理的鈦金屬表面,采用YLS-6000光纖激光器對其進(jìn)行激光熔覆,工藝參數(shù)為:激光功率1.8KW,掃描速度420mm/min,光斑直徑2mm。即獲得一種鈦金屬表面高質(zhì)量鎳
基合金涂層。
[0025]本實施例獲得的涂層組織致密(與圖1相似),界面結(jié)合緊密(與圖2相似),其平均硬度HV644。
[0026]實施例三。
[0027]將FlOl鎳基自熔性合金粉末99克、氧化鑭(La2O3)粉末I克,置于球磨機(jī)內(nèi)混合均勻,取出烘干,在壓力機(jī)上壓制成片(厚度約為0.7 mm,最大可壓制厚度為1mm。將壓制片放置在經(jīng)清潔處理的鈦金屬表面,采用YLS-6000光纖激光器對其進(jìn)行激光熔覆,工藝參數(shù)為:激光功率1.8KW,掃描速度420mm/min,光斑直徑2mm。即獲得一種鈦金屬表面高質(zhì)量鎳
基合金涂層。
[0028]本實施例獲得的涂層組織致密(與圖1相似),界面結(jié)合緊密(與圖2相似),其平均硬度HV640。[0029]實施例四
本實施例與實施例一類同,不同之處在于所米用的激光功率為1.6KW。
[0030]本實施例制得的涂層與基體間呈良好的冶金結(jié)合,無裂紋、孔洞缺陷(圖5)。
[0031]對比例一
本對比例與實施例二類同,不同之處在于FlOl鎳基自熔性合金粉末中未添加氧化鑭粉末(La2O3)15
[0032]本對比例制得的涂層與 基體結(jié)合處存在大量小裂紋,結(jié)合質(zhì)量較差(圖6)。
[0033]本發(fā)明未涉及部分均于現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種在鈦金屬表面制備高質(zhì)量鎳基合金涂層的激光熔覆方法,其特征是它包括混合粉壓實片預(yù)制和激光熔覆處理二個步驟,所述的混合粉壓實片由鎳基自熔性合金粉末和氧化鑭(La2O3)粉末組成,所述的混合粉壓實片預(yù)制是指將質(zhì)量百分比為97-99%的鎳基自熔性合金粉末和質(zhì)量百分比為1-3%的氧化鑭(La2O3)粉末置于球磨機(jī)中球磨混合均勻,然后烘干,最后在壓力機(jī)上壓制成厚度不超過I毫米的預(yù)制壓實片;所述的激光熔覆處理是指將前步所得的預(yù)制壓制片放置在經(jīng)清潔處理的鈦金屬表面,然后進(jìn)行激光熔覆加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征是所述的混合粉壓實片由質(zhì)量百分比為98%鎳基自熔性合金 粉末和質(zhì)量百分比為2%氧化鑭(La2O3)粉末經(jīng)球磨混合、烘干和壓力機(jī)壓制--? 。
【文檔編號】C22C19/03GK104005024SQ201410251351
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】許曉靜, 何星華, 陶俊, 王宏宇, 戈曉嵐, 吳桂蘭, 劉慶輝 申請人:江蘇大學(xué)