一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法技術

本發明專利技術公開了一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，該方法為：一、鈦合金表面預處理，去除表面氧化膜；二、將金屬和立方氮化硼粉末混合均勻，得到混合粉末；三、然后向混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液攪拌均勻，得到熔覆材料；四將熔覆材料預置于鈦合金基材表面，烘干后得到預置層；五、對具有預置層的鈦合金基材表面進行激光熔覆處理，制備得到金屬/六方氮化硼復合涂層。本發明專利技術通過激光熔覆過程產生的熱量使立方氮化硼在熔覆過程中原位發生晶型轉變生成六方氮化硼，克服直接熔覆六方氮化硼出現其分解的缺陷，在鈦合金表面制備得到金屬/六方氮化硼復合涂層，降低鈦合金的摩擦系數。

【技術實現步驟摘要】
一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法
本專利技術屬于鈦合金基材表面涂層
，具體涉及一種在鈦合金表面制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法。
技術介紹
鈦合金由于比強度高、耐腐蝕性能優異及相對較好的高溫力學性能等特點，是航空、航海、化工及生物等工業部門應用的重要材料之一，但鈦合金的耐磨性差，當用作摩擦部件時，易產生磨損，造成部件失效。為提高鈦合金的耐磨性，需要對鈦合金進行表面處理。提高鈦合金耐磨性能的方法較多，化學熱處理可通過鈦合金表面滲碳、滲氮形成TiC、TiN等硬化層改善耐磨性，但化學熱處理需要對工件進行整體加熱和長時間保溫，會影響基體材料的顯微組織，進而影響其力學性能，而且也會因熱應力造成工件變形；電鍍、化學鍍可在鈦合金表面制備Cr、Ni-P等耐磨層，但電鍍、化學鍍對環境具有高污染性，目前正在被其它工藝所取代；物理氣相沉積(PVD)技術可在鈦合金表面制備二元或多元氮化物層，改善表面耐磨性，但PVD技術制備的涂層較薄，繞鍍性較差，并且需要真空系統及蒸發源，設備相對復雜；熱噴涂技術可制備厚度較高(幾百微米以上)的碳化物、氧化物陶瓷耐磨層，改善耐磨性，但由于熱噴涂涂層是機械結合，結合強度較低，涂層易剝落。激光熔覆是材料表面改性技術的一種重要方法，它是利用高能密度激光束將具有不同成份、性能的合金與基材表面快速熔化，在基材表面形成與基材具有完全不同成份和性能的合金層的快速凝固過程，制備的熔覆層與基材為冶金結合。激光熔覆技術有如下特點：由于激光熔覆時的高能激光束的快速掃描加熱特性，制備的熔覆層凝固時冷卻速度快，組織細小；工藝靈活，可以進行局部熔覆；熔覆層與基體之間為冶金結合。六方氮化硼陶瓷由于具有層狀結構，是很好的減摩材料，但因六方氮化硼陶瓷在高溫下極易發生燒損，很難采用激光熔覆技術直接制備六方氮化硼陶瓷熔覆層，目前沒有相關的研究。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供了一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法。該方法通過激光熔覆處理過程產生的熱量使鈦合金基材表面預置層中的立方氮化硼發生原位結構轉變生成六方氮化硼，克服現有技術中不能通過激光技術制備六方氮化硼涂層的缺陷，在鈦合金表面制備得到金屬/六方氮化硼復合涂層。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟一、對鈦合金基材進行表面預處理去除表面氧化膜；步驟二、將金屬粉末和立方氮化硼粉末混合均勻，得到混合粉末，然后向所述混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液攪拌均勻，得到糊狀的熔覆材料；所述混合粉末中金屬粉末的質量百分含量為30％～60％，余量為立方氮化硼粉末；步驟三、將步驟二中所述熔覆材料預置于步驟一中去除表面氧化膜后的鈦合金基材表面，烘干后在鈦合金基材表面得到預置層；所述預置層的厚度為1mm～3mm；步驟四、在惰性氣體氣氛保護下對步驟三中具有預置層的鈦合金基材表面進行激光熔覆處理，在鈦合金基材表面制備得到金屬/六方氮化硼復合涂層；所述激光熔覆處理的激光功率為1kW～3kW，光斑直徑為3mm～6mm，掃描速度為300mm/min～500mm/min。上述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟一中所述表面預處理的具體過程為：將鈦合金基材置于酸液中進行酸洗去除表面氧化膜，所述酸液由氫氟酸溶液、硝酸溶液和水按體積比(3～6)：(6～8)：100的比例混合而成，所述氫氟酸溶液的質量百分濃度為39％～41％，所述硝酸溶液的質量百分濃度為68％～70％。上述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述金屬粉末為鎳粉、鈷粉、鎳鉻粉或鎳鉻鋁粉。上述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述金屬粉末的粒度為40μm～70μm，所述立方氮化硼粉末的粒度為40μm～70μm。上述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述聚乙烯醇水溶液的質量濃度為80g/L～120g/L。上述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述熔覆材料中混合粉末的質量百分含量為80％～90％。上述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟三中所述烘干的溫度為100℃～120℃，時間為1.5h～3h。上述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟四中所述激光熔覆處理的激光功率為1.5kW～3kW，光斑直徑為4mm～6mm，掃描速度為300mm/min～400mm/min。上述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，所述激光熔覆處理的激光功率為2kW，光斑直徑為3mm，掃描速度為300mm/min。上述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟四中所述惰性氣體為氬氣，所述氬氣的流量為15L/min。本專利技術與現有技術相比具有以下優點：1、本專利技術通過在鈦合金基材表面激光熔覆含有金屬和立方氮化硼的熔覆材料，利用立方氮化硼在高溫下可原位轉變生成六方氮化硼的特性，通過激光束掃描過程中產生的熱量使立方氮化硼原位轉變為六方氮化硼，在鈦合金表面制備金屬/六方氮化硼復合涂層，通過復合涂層中六方氮化硼降低鈦合金的摩擦系數。2、本專利技術利用六方氮化硼具有較好的減摩作用，通過激光熔覆處理的工藝過程在鈦合金基材表面制備得到金屬/六方氮化硼復合涂層，且實現了復合涂層與鈦合金基材的冶金結合。本專利技術在鈦合金基材表面制備得到的金屬/六方氮化硼復合涂層的摩擦系數不高于0.2。3、本專利技術利用激光熔覆處理時高能束快速掃描加熱特性在鈦合金基材表面制備得到與基材冶金結合的金屬/六方氮化硼復合涂層，制備工藝簡單、穩定性好、可靠性高、適用范圍廣，適于大規模工業化生產。下面通過實施例對本專利技術的技術方案作進一步的詳細說明。具體實施方式實施例1本實施例在TC4鈦合金基材表面制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法包括以下步驟：步驟一、對TC4鈦合金基材進行表面預處理去除表面氧化膜；所述表面預處理的具體過程為：先采用常規的金屬清洗劑對TC4鈦合金基材表面清洗除油，除油后將TC4鈦合金基材置于酸液中進行酸洗去除表面氧化膜，然后清洗吹干，所述酸液由氫氟酸溶液、硝酸溶液和水按體積比3:6:100混合而成，所述氫氟酸溶液的質量濃度為40％，所述硝酸溶液的質量濃度為69％；步驟二、將鎳粉和立方氮化硼粉末混合均勻，得到混合粉末，然后向所述混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液攪拌均勻，得到糊狀的熔覆材料；所述混合粉末中鎳粉的質量百分含量為30％，余量為立方氮化硼粉末，所述聚乙烯醇水溶液的濃度為100g/L，所述熔覆材料中混合粉末的質量百分含量為85％，所述立方氮化硼粉末的粒度為40μm～70μm，所述金剛石粉末的粒度為40μm～70μm；步驟三、將步驟二中所述熔覆材料預置于步驟一中去除表面氧化膜后的TC4鈦合金基材表面，烘干后在TC4鈦合金基材表面得到預置層；所述預置層的厚度為2mm，所述烘干的溫度為110℃，時間為2.5h；步驟四、在氬氣氣氛保護下采用CO2激光器對步驟三中具有預置層的TC4鈦合金本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟一、對鈦合金基材進行表面預處理去除表面氧化膜；步驟二、將金屬粉末和立方氮化硼粉末混合均勻，得到混合粉末，然后向所述混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液攪拌均勻，得到糊狀的熔覆材料；所述混合粉末中金屬粉末的質量百分含量為30％～60％，余量為立方氮化硼粉末；步驟三、將步驟二中所述熔覆材料預置于步驟一中去除表面氧化膜后的鈦合金基材表面，烘干后在鈦合金基材表面得到預置層；所述預置層的厚度為1mm～3mm；步驟四、在惰性氣體氣氛保護下對步驟三中具有預置層的鈦合金基材表面進行激光熔覆處理，在鈦合金基材表面制備得到金屬/六方氮化硼復合涂層；所述激光熔覆處理的激光功率為1kW～3kW，光斑直徑為3mm～6mm，掃描速度為300mm/min～500mm/min。

【技術特征摘要】
1.一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟一、對鈦合金基材進行表面預處理去除表面氧化膜；步驟二、將金屬粉末和立方氮化硼粉末混合均勻，得到混合粉末，然后向所述混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液攪拌均勻，得到糊狀的熔覆材料；所述混合粉末中金屬粉末的質量百分含量為30％～60％，余量為立方氮化硼粉末；步驟三、將步驟二中所述熔覆材料預置于步驟一中去除表面氧化膜后的鈦合金基材表面，烘干后在鈦合金基材表面得到預置層；所述預置層的厚度為1mm～3mm；步驟四、在惰性氣體氣氛保護下對步驟三中具有預置層的鈦合金基材表面進行激光熔覆處理，在鈦合金基材表面制備得到金屬/六方氮化硼復合涂層；所述激光熔覆處理的激光功率為1kW～3kW，光斑直徑為3mm～6mm，掃描速度為300mm/min～500mm/min。2.按照權利要求1所述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟一中所述表面預處理的具體過程為：將鈦合金基材置于酸液中進行酸洗去除表面氧化膜，所述酸液由氫氟酸溶液、硝酸溶液和水按體積比(3～6)：(6～8)：100的比例混合而成，所述氫氟酸溶液的質量百分濃度為39％～41％，所述硝酸溶液的質量百分濃度為68％～70％。3.按照權利要求1所述的一種激光熔覆法制備金屬/六方氮化硼復合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述金屬粉末為鎳...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王少鵬，李爭顯，黃春良，王培，
申請(專利權)人：西北有色金屬研究院，
類型：發明
國別省市：陜西,61