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    一種超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層的制備方法技術

    技術編號:39518370 閱讀:41 留言:0更新日期:2023-11-25 18:56
    本發明專利技術涉及金屬材料技術領域,具體公開了一種超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層的制備方法,制備的耐磨涂層包括鈦合金基板和耐磨涂層,耐磨涂層的制備原料為鈦基復合材料,鈦基復合材料由碳化硼粉末和鈦合金

    【技術實現步驟摘要】
    一種超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層的制備方法


    [0001]本專利技術涉及金屬材料
    ,更具體地說,本專利技術涉及一種超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層的制備方法


    技術介紹

    [0002]TC4
    鈦合金屬于(
    α
    +
    β
    )雙相合金,鈦合金具有耐腐蝕性好

    密度低

    比強度高

    較好的韌性和焊接性等優勢,在航空航天

    石油化工

    船舶

    汽車

    醫藥等行業都得到廣泛應用,但是
    TC4
    鈦合金硬度低

    摩擦磨損系數高

    對微動磨損和粘著磨損非常敏感,這將導致零部件在服役過程中磨損嚴重,降低零部件使用壽命,黃立國等人在文獻(黃立國
    ,
    高志玉
    ,
    付大軍
    .
    少量硼對鈦合金組織影響的研究進展
    [J].
    材料導報
    ,2015,29(21):92
    ?
    97
    )中提出了添加少量
    B
    能顯著改善鈦合金組織,提高力學性能,張年龍等在(張年龍
    ,
    王波
    ,
    張紅霞
    ,
    戴景杰
    .
    鈦合金表面自潤滑陶瓷涂層的組織及耐磨性能研究
    [J].
    表面技術
    ,2018,47(12):173
    ?
    180<br/>)研究中發現,采用激光表面合金化技術,通過預置
    B4C
    和石墨混合合金化粉末的方式,在
    Ti
    ?
    6Al
    ?
    4V
    合金表面制備具有自潤滑功能的
    TiB2
    ?
    TiC
    陶瓷涂層,具有良好的減摩和耐磨性能,
    Mi Hangbiao
    等在(
    Mi Hangbiao,Chen Tao,Deng Zixin,Li Shengchen,Liu Jian,Liu Defu. Microstructure and Mechanical Properties of TiC/TiB Composite Ceramic Coatings In
    ?
    Situ Synthesized by Ultrasonic Vibration
    ?
    Assisted Laser Cladding[J]. Coatings,2022,12(1)
    )中發現采用超聲功率
    400W
    的超聲波輔助激光熔覆,將
    Ti
    ?
    B4C

    TiC4
    表面原位合成
    TiC/TiB
    熔覆涂層,超聲振動的引入有效地改善了熔覆涂層的表面形貌,提高了顯微硬度,降低了殘余拉應力,比未添加超聲制備的熔覆涂層摩擦磨損系數低
    50%
    ,耐磨性能提高了
    1.2


    現有的
    TiC4
    鈦合金的耐磨涂層中原位滋生的陶瓷相團聚,耐磨涂層中固態增強顆粒過多,導致熔覆涂層開裂,且在激光熔覆沉積過程中,由于涂層中使用的粉末顆粒分布不均勻,會導致熔化后的涂層表面不光滑,激光功率波動會導致涂層在沉積過程中產生孔洞以及疏松區域,掃描速度與激光功率的不匹配,導致材料熔化和沉積不均勻,涂層表面存在不均勻的凹凸不平以及孔洞

    為了解決上述問題,現提供一種技術方案


    技術實現思路

    [0003]為了克服現有技術的上述缺陷,本專利技術提供一種超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層的制備方法,采用超聲波強振強化激光熔化沉積制得超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層,使得激光熔覆沉積過程中由于粉末顆粒不均勻

    激光功率波動以及掃描速度不匹配造成涂層表面凹凸不平以及局部區域疏松的問題得到改善

    [0004]為實現上述目的,本專利技術提供如下技術方案:一種超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層的制備方法,超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層包括鈦合金基板和耐磨涂層,耐磨涂層的制備原料為鈦基復合材料,鈦基復合材料由碳化硼粉末和鈦合金
    TC4
    材料粉末以不同質量分數比通過球磨機制備而成,制
    備方法包括如下步驟:步驟一,將鈦基復合材料粉末加入分散劑后放入陶瓷球磨罐進行球磨;步驟二,將步驟一獲得的鈦基復合材料與分散劑混合粉末通過超聲波強振輔助激光熔化沉積熔覆在鈦合金基板上,打碎鈦基復合材料與分散劑混合粉末的陶瓷相團聚,形成初始的超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層;步驟三,將步驟二中獲得的初始的超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層進行表面處理,去除表面氧化皮及缺陷,得到處理后的超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層;其中,在步驟二中,在進行超聲波強振輔助激光熔化沉積熔覆時,使用激光攝像頭獲取初始的超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層三維表面數據點的坐標,形成表面點云數據庫,并將數據點連接成三角形,形成表面三角網格,每個三角形的數據信息均包括三個頂點的坐標,計算每個三角形面的法向量,利用每兩個三角形中心點之間的連線長度之和作為表面粗糙度,利用每兩個三角形面的法向量之差的總和作為表面凹凸度,通過表面粗糙度和表面凹凸度之和作為激光調整參數,利用激光調整參數與當前時刻前
    50
    秒激光功率乘積的第一比例系數倍作為激光功率的調整更新值,激光功率的調整公式為:
    P1=k1
    ×
    r
    ×
    P2
    ;式中:
    P1
    為激光功率的調整更新值,
    k1
    為第一比例系數,第一比例系數根據歷史數據進行經驗調節,
    r
    為激光調整參數,
    P2
    為當前時刻前
    50
    秒激光功率

    [0005]作為本專利技術進一步的方案,在步驟二中,利用激光調整參數與當前時刻前
    20
    秒的超聲強振的振動持續時間,超聲強振振動持續時間調整公式為:
    T1=k2
    ×
    r
    ×
    T2
    ;式中:
    T1
    為超聲強振振動持續時間的更新值,
    k2
    為第二比例系數,第二比例系數根據歷史數據進行經驗調節,
    T2
    為當前時刻前
    20
    秒的超聲強振持續時間,
    r
    為激光調整參數

    [0006]作為本專利技術進一步的方案,在步驟一中,鈦基復合材料中碳化硼粉末的質量分數為0~
    40wt%
    ,鈦合金
    TC4
    材料粉末的質量分數為
    60wt%

    100wt%
    ,且碳化硼粉末的質量分數與鈦合金粉末的質量分數總和為
    100wt%。
    [0007]作為本專利技術進一步的方案,在步驟一中,碳化硼粉末本文檔來自技高網
    ...

    【技術保護點】

    【技術特征摘要】
    1.
    一種超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層的制備方法,其特征在于,超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層包括鈦合金基板和耐磨涂層,耐磨涂層的制備原料為鈦基復合材料,鈦基復合材料由碳化硼粉末和鈦合金
    TC4
    材料粉末以不同質量分數比通過球磨機制備而成,制備方法包括如下步驟:步驟一,將鈦基復合材料粉末加入分散劑后放入陶瓷球磨罐進行球磨;步驟二,將步驟一獲得的鈦基復合材料與分散劑混合粉末通過超聲波強振輔助激光熔化沉積熔覆在鈦合金基板上,打碎鈦基復合材料與分散劑混合粉末的陶瓷相團聚,形成初始的超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層;步驟三,將步驟二中獲得的初始的超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層進行表面處理,去除表面氧化皮及缺陷,得到處理后的超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層;其中,在步驟二中,在進行超聲波強振輔助激光熔化沉積熔覆時,使用激光攝像頭獲取初始的超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層三維表面數據點的坐標,形成表面點云數據庫,并將數據點連接成三角形,形成表面三角網格,每個三角形的數據信息均包括三個頂點的坐標,計算每個三角形面的法向量,利用每兩個三角形中心點之間的連線長度之和作為表面粗糙度,利用每兩個三角形面的法向量之差的總和作為表面凹凸度,通過表面粗糙度和表面凹凸度之和作為激光調整參數,利用激光調整參數與當前時刻前
    50
    秒激光功率乘積的第一比例系數倍作為激光功率的調整更新值,激光功率的調整公式為:
    P1=k1
    ×
    r
    ×
    P2;
    式中:
    P1
    為激光功率的調整更新值,
    k1
    為第一比例系數,第一比例系數根據歷史數據進行經驗調節,
    r
    為激光調整參數,
    P2
    為當前時刻前
    50
    秒激光功率
    。2.
    根據權利要求1所述的一種超聲波強振強化鈦基復合材料耐磨涂層的制備方法,其特征在于,在步驟二中,利用激光調整參數與當前時刻前
    20
    秒的超聲強振的振動持續時間,超聲強振振動持續時間調整公式為:
    T1=k2
    ×
    r
    ×
    T2;
    式中:
    T1
    為超聲強振振動持續時間的更新值,
    k2
    為第二比例系數,第二比例系數根據歷史數據進行經驗調節,
    T2
    為當前時刻前
    20
    秒的超聲強振持續時間,
    r
    為激光調整參數
    。3.
    根據權利要求1...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:王延臣趙天明邵偉峰劉芳馬利鵬
    申請(專利權)人:煙臺核電智能技術研究院有限公司
    類型:發明
    國別省市:

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