CN103993310A

CN103993310A - 在钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的方法

Info

Publication number: CN103993310A
Application number: CN201410250876.1A
Authority: CN
Inventors: 许晓静; 陈婷卓; 何星华; 吴桂兰; 朱刘华; 王宏宇
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: CN103993310B

Abstract

一种在钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的方法，它由预制由Nb粉、Sn粉、Zr粉、Ti粉组成的混合粉压实片和激光熔覆处理二个步骤组成。所述的预制混合粉压实片是指将一定质量百分比的Nb粉（62.2%）、Sn粉（26.5%）、Zr粉（10%）、Ti粉（1.3%）先用球磨机混合均匀，然后烘干，最后在压力机上压制成片。所述的激光熔覆处理是指将压制片放置在经清洁处理的钛金属表面，然后进行激光熔覆加工。本发明熔覆工艺性能优良，涂层组织致密，界面结合良好，涂层沿横切面的硬度变化小，平均硬度HV850比基体硬度HV350提高了142%。本发明涂层的抗腐蚀性比钛金属基体高，并且其组成元素都是生物相生物性很好的元素，具有广泛的应用领域。

Description

在钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的方法

所属技术领域

本发明涉及一种金属材料表面改性技术，尤其是一种钛金属表面改性技术，具体地说是一种在钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的方法。

背景技术

钛金属具有密度小、强度高、抗腐蚀性和生物相容性好等优点，在生物医用领域获得了广泛的应用。但其硬度较低，耐磨性能较差，严重影响着它的使用性能和使用寿命。

Nb基涂层合金具有硬度高、耐腐蚀和生物相容性好等优点，作为生物移植材料具有极大的应用潜力。Nb基多元元素粉末含有低熔点的Sn元素作为活化剂，促进元素间的互熔。

激光表面熔覆技术是在高能激光束作用下将材料迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却形成稀释率极低，与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面性能，已成为涂层制备的一种行之有效方法。到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的在钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的工艺方法可供使用。

发明内容

本发明的是针对普通钛金属表面硬度较低，耐磨性能较差的问题，发明一种在钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的方法，它获得的熔覆层具有界面结合性能好、元素分布均匀、硬度高、耐磨及耐腐蚀性高等优点，而且具有操作简单、易实现，具有优良的经济性。

本发明的技术方案是：

一种在钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的方法，其特征是它包括多元素混合粉压实片制备和激光熔覆处理二个步骤，所述的多元素混合粉压实片制备是指将按设定质量比例的Nb粉、Sn粉、Zr粉和Ti粉先用球磨机混合均匀，然后烘干，最后在压力机上压制成片；所述的激光熔覆处理是指将所制备的压制片放置在经清洁处理的钛金属表面，然后进行激光熔覆加工。

所述的多元素混合粉中Nb粉、Sn粉、Zr粉和Ti粉的质量百分比分别为：Nb粉60-64%、Sn粉25-27%、Zr粉9-11.5 %、Ti粉1-1.5%。

所述的多元素混合粉中Nb粉、Sn粉、Zr粉和Ti粉的最佳质量百分比分别为：Nb粉62.2%、Sn粉26.5%、Zr粉10 %、Ti粉1.3%。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的Nb基多元元素粉末熔合合金涂层组织致密，与钛基体呈冶金结合，涂层硬度高。

（2）本发明的Nb基多元元素粉末熔合合金涂层抗腐蚀性高，在HF：HNO₃：H₂O=1:2:17的腐蚀液中，比钛金属基体耐蚀性高。

（3）本发明的Nb基多元元素粉末熔合合金涂层沿横切面的硬度变化小，平均硬度HV850比基体硬度HV350提高了142%。

（4）本发明通过低熔点Sn元素作为活化剂，促进了元素之间的互熔。

（5）本发明的Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的组成元素都生物相生物性很好的元素。

（6）本发明为钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合涂层的方法提供了切实可行的基本工艺方法。

附图说明

图1 是本发明实施例一的Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的横切面金相照片。

图2 是本发明实施例一的Nb基多元元素粉末熔合合金涂层横切面线扫描照片和元素沿横切面的含量变化图。

图3 是本发明实施例一的Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的硬度沿横切面层深的分布曲线。

图4 是本发明实施例二的Nb基多元元素粉末熔合涂层的横切面金相照片。

图5 是本发明实施例三的Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的横切面金相照片。

具体实施方式：

以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步说明。

实施例一。

如图1-3所示。

将Nb粉62.2克，Sn粉26.5克，Zr粉10克，Ti粉1.3克，置于球磨机内混合均匀，取出烘干，在压力机上压制成片（厚度约为0.5ｍｍ）。将压制片放置在经清洁处理的钛金属表面，采用NEL-2400T型横流CO₂激光器对其进行激光熔覆，工艺参数为：激光功率1.9KW，扫描速度200mm/min，光斑直径2mm。

本实施例获得的涂层组织致密、界面结合紧密（图1），涂层与基体有明显的且呈梯度的元素扩散（图2）。涂层沿横切面的硬度变化小，平均硬度HV850比基体硬度HV350提高了142%（图3）。

实施例二。

本实施例与实施例一类同，不同之处在于所采用的激光器为YLS-6000光纤激光器，激光工艺参数：激光功率1.9 KW，扫描速度300 mm/mim，光斑直径2mm。

本实施例获得的涂层组织均匀致密，无明显裂纹和孔洞（图4）。

实施例三。

本实施例与实施例一类同，不同之处在于所采用的激光器为YLS-6000光纤激光器，激光工艺参数：激光功率1.8KW，扫描速度300 mm/mim，光斑直径2mm。

本实施例获得的涂层组织均匀致密，无明显裂纹和孔洞（图5）。

实施例四。

将Nb粉60克，Sn粉27克，Zr粉11.5克，Ti粉1.5克，置于球磨机内混合均匀，取出烘干，在压力机上压制成片（厚度约为0.5ｍｍ）。将压制片放置在经清洁处理的钛金属表面，采用NEL-2400T型横流CO₂激光器对其进行激光熔覆，工艺参数为：激光功率1.9KW，扫描速度200mm/min，光斑直径2mm。本实施例获得的涂层组织均匀致密，金相组织与图1相似。

实施例五。

将Nb粉63克，Sn粉27克，Zr粉9克，Ti粉1克，置于球磨机内混合均匀，取出烘干，在压力机上压制成片（厚度约为0.5ｍｍ）。将压制片放置在经清洁处理的钛金属表面，采用YLS-6000光纤激光器对其进行激光熔覆，工艺参数为：激光功率1.8KW，扫描速度300 mm/mim，光斑直径2mm。本实施例获得的涂层组织均匀致密，金相组织与图4相似。

本发明未涉及部分均于现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种在钛金属表面制备Nb基多元元素粉末熔合合金涂层的方法，其特征是它包括多元素混合粉压实片制备和激光熔覆处理二个步骤，所述的多元素混合粉压实片制备是指将按设定质量比例的Nb粉、Sn粉、Zr粉和Ti粉先用球磨机混合均匀，然后烘干，最后在压力机上压制成片；所述的激光熔覆处理是指将所制备的压制片放置在经清洁处理的钛金属表面，然后进行激光熔覆加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的多元素混合粉中Nb粉、Sn粉、Zr粉和Ti粉的质量百分比分别为：Nb粉60-64%、Sn粉25-27%、Zr粉9-11.5 %、Ti粉1-1.5%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的多元素混合粉中Nb粉、Sn粉、Zr粉和Ti粉的质量百分比分别为：Nb粉62.2%、Sn粉26.5%、Zr粉10 %、Ti粉1.3%。