CN104005024A - 在钛金属表面制备高质量镍基合金涂层的激光熔覆方法 - Google Patents

Abstract

一种在钛金属表面制备高质量镍基合金涂层的激光熔覆方法，其特征是它由混合粉压实片预制和激光熔覆处理二个步骤组成。所述的混合粉压实片预制是指将镍基自熔性合金粉末、氧化镧粉末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。本发明通过添加氧化镧（La₂O₃），提高了镍基涂层粉末对激光热的吸收性能，提高了涂层与基体的界面融合性能。本发明熔覆工艺性能优良，涂层组织致密，界面结合好，涂层与基体的过渡区的硬度呈梯度连续变化，实现了涂层到基体“软着陆”，涂层硬度HV642.86比基体硬度HV350显著提高。

Description

在钛金属表面制备高质量镍基合金涂层的激光熔覆方法

技术领域

本发明涉及表面改性领域，特指一种在钛金属表面制备高质量镍基合金涂层的激光表面熔覆工艺方法。

背景技术

钛金属具有比强度高、耐蚀性优异、生物相容性好等优点,在航空航天、武器装备以及民用工业领域有着广泛的应用。但其硬度较低、摩擦系数较大、耐磨损性较差，限制了其性能的充分发挥。

镍基自熔性合金具有具有良好的耐热性、抗氧化性、耐蚀性、耐磨损性，且其价格适中，成分设计广泛，是应用最广的耐磨涂层材料之一。因此在钛金属表面制备高质量的镍基合金涂层是改善钛金属耐磨性的有效途径。

激光能量密度高，对材料表面改性具有升温速度快、温度高、冷却快、冶金质量高、界面结合好等工艺特点，已成为涂层制备的一种重要方法。但是如果表面改性材料对激光束的反射率强，则将给激光表面改性带来极大的困难。

氧化镧（La₂O₃）是一种常用的稀土改性材料，将其引入到激光熔覆涂层中，一方面可以提高表面改性材料对激光束的吸收率，另一方面可以通过发挥稀土材料的活性效应，改善涂层的组织和性能。

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高质量镍基合金涂层的激光熔覆工艺方法可供使用。

发明内容

本发明的目的是针对钛金属表面硬度较低、摩擦系数较大、耐磨损性较差的问题，发明一种在钛金属表面制备高质量镍基合金涂层的激光熔覆方法，以便提高钛金属的耐磨等性能。

本发明的技术方案是：

一种在钛金属表面制备高质量镍基合金涂层的激光熔覆工艺方法，其特征是它包括混合粉压实片预制和激光熔覆处理二个步骤，所述的混合粉压实片由镍基自熔性合金粉末和氧化镧（La₂O₃）粉末组成，所述的混合粉压实片预制是指将质量百分比为97-99%的镍基自熔性合金粉末和质量百分比为1-3%的氧化镧（La₂O₃）粉末置于球磨机中球磨混合均匀，然后烘干，最后在压力机上压制成厚度不超过1毫米的预制压实片；所述的激光熔覆处理是指将前步所得的预制压实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。

所述的混合粉压实片的最佳配方是由质量百分比为98%镍基自熔性合金粉末和质量百分比为2%氧化镧（La₂O₃）粉末经球磨混合、烘干和压力机压制而成。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过添加氧化镧（La₂O₃），提高了镍基涂层粉末对激光热的吸收性能，提高了涂层与基体的界面融合性能。

（2）本发明的镍基涂层组织致密，涂层组织为均匀致密的树枝晶，涂层与基体的过渡区其硬度呈梯度连续变化，实现了涂层到基体“软着陆”。

（3）本发明镍基涂层的平均硬度HV642.86比基体硬度HV350显著提高。

附图说明

图1 是本发明实施例一的镍基合金涂层横切面金相照片。

图2 是本发明实施例一的镍基合金涂层过渡区扫描电子显微镜形貌照片。

图3 是本发明实施例一的镍基合金涂层组织的扫描电子显微镜照片。

图4 是本发明实施例一的镍基合金涂层的显微硬度沿横切面层深的分布图。

图5 是本发明实施例二的镍基合金涂层的横切面金相照片。

图6 是本发明对比例一的镍基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1－4所示。

将F101镍基自熔性合金粉末（可直接市购，下同）98克、氧化镧（La₂O₃）粉末2克（可直接市购，下同），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0.7 mm，最大可压制厚度为1mm）。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420mm/min，光斑直径2mm。即获得一种钛金属表面高质量镍基合金涂层。

本实施例获得的涂层组织致密（图1），界面结合紧密（图2），涂层组织为均匀致密的树枝晶（图2、图3），涂层与基体的过渡区的硬度呈梯度连续变化，涂层到基体实现“软着陆”，有利于解决涂层开裂等问题的硬度变化小，其平均硬度为HV642.86（图4）。

实施例二。

将F101镍基自熔性合金粉末97克、氧化镧（La₂O₃）粉末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0.7 mm，最大可压制厚度为1mm。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420mm/min，光斑直径2mm。即获得一种钛金属表面高质量镍基合金涂层。

本实施例获得的涂层组织致密（与图1相似），界面结合紧密（与图2相似），其平均硬度HV644。

实施例三。

将F101镍基自熔性合金粉末99克、氧化镧（La₂O₃）粉末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0.7 mm，最大可压制厚度为1mm。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420mm/min，光斑直径2mm。即获得一种钛金属表面高质量镍基合金涂层。

本实施例获得的涂层组织致密（与图1相似），界面结合紧密（与图2相似），其平均硬度HV640。

实施例四

本实施例与实施例一类同，不同之处在于所采用的激光功率为1.6KW。

本实施例制得的涂层与基体间呈良好的冶金结合，无裂纹、孔洞缺陷（图5）。

对比例一

本对比例与实施例二类同，不同之处在于F101镍基自熔性合金粉末中未添加氧化镧粉末（La₂O₃）。

本对比例制得的涂层与基体结合处存在大量小裂纹，结合质量较差（图6）。

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 (2)

1.一种在钛金属表面制备高质量镍基合金涂层的激光熔覆方法，其特征是它包括混合粉压实片预制和激光熔覆处理二个步骤，所述的混合粉压实片由镍基自熔性合金粉末和氧化镧（La₂O₃）粉末组成，所述的混合粉压实片预制是指将质量百分比为97-99%的镍基自熔性合金粉末和质量百分比为1-3%的氧化镧（La₂O₃）粉末置于球磨机中球磨混合均匀，然后烘干，最后在压力机上压制成厚度不超过1毫米的预制压实片；所述的激光熔覆处理是指将前步所得的预制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，其特征是所述的混合粉压实片由质量百分比为98%镍基自熔性合金粉末和质量百分比为2%氧化镧（La₂O₃）粉末经球磨混合、烘干和压力机压制而成。