CN107043873A - 一种TiAl基激光熔覆高温合金涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种TiAl基合金激光熔覆涂层及其制备方法,属于金属表面涂层改性的技术领域。本发明所述熔覆粉末包括:Al、P、Ti、Nb、Zr、Y、Ce,具体的,熔覆粉末质量分数如下:Al:46%~52%,P:2%,Ti:33%~37%,Nb:5%,Zr:4%~7%,Y:2%~3%,Ce:0.8~2%。激光熔覆涂层的制备包括原料配比、基材选择、预处理,激光熔覆、后处理等流程,通过合适的元素配比设计及合理的激光熔覆工艺参数,制得熔覆涂层,通过对熔覆层的宏观形貌和性能进行测试,涂层的硬度和高温抗氧化性能比基材均有明显提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种TiAl基合金激光熔覆涂层及其制备方法,属于金属表面涂层改性的技术领域。
背景技术
在现代工业中,为了满足航空发动机、工业燃机等高温服役条件的要求。高温防护涂层对抗高温氧化的性能和耐腐蚀的能力,还需要防护层具有稳定的结构以及与基材结合良好。TiAl合金具有比刚度高、比强度高的优点,不过也有一些问题阻碍了TiAl基合金工业应用和推广的,主要是室温脆性及高温抗氧化不足。对于其高温抗氧化性能及耐磨性能,得到综合性能良好的涂层材料是现在研究的重点,提高TiAl基合金的高温氧化防护主要考虑表面合金化及涂层防护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TiAl基合金激光熔覆涂层,熔覆粉末及其质量分数为:Al:46%~52%,P:2%,Ti:33%~37%,Nb:5%,Zr:4%~7%,Y:2%~3%,Ce:0.8~2%。
本发明所述TiAl基合金激光熔覆涂层的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将熔覆粉末混合后进行球磨、干燥得到混合均匀的熔覆粉末;
(2)对TiAl合金基材进行预处理:打磨表面、除污、干燥后备用;
(3)将步骤(1)得到的熔覆粉末制成条状的预置层(尺寸为60mm×4mm×3mm),将该预置层放于TiAl合金基材表面,经激光熔覆仪器把TiAl合金基体表面与预置层同时熔化形成涂层。
本发明步骤(1)中球磨后的熔覆粉末粒度为100目~200目。
本发明所述激光熔覆的工艺参数为:光斑直径为2~4mm,保护气体为N2,N2流速为18~30L·h-1,激光功率为3~6kW,扫描速度为360~400mm·min-1。
本发明的有益效果:
(1)本发明所述制备得到的TiAl基合金激光熔覆涂层宏观形貌良好、涂层均匀光滑、内部孔洞、夹杂较少,硬度高,具有良好的抗高温氧化性,且产生了结合紧密的涂层,对产生无裂纹的激光熔覆涂层具有很好的借鉴作用。
(2)本发明通过激光熔覆工艺得到稀释率较低的熔覆层,并且对应用于激光熔覆的材料选择范围较广。
(3)本发明采用的材料P、Nb进行定量设计,且P元素的加入对最终制备材料的结晶具有抑制作用,可以明显降低结晶率,降低晶粒度。
(4)本发明通过模具将熔覆粉末制成条状的预置层,可以明显节省熔覆效率。
附图说明
图1为本发明实施例1熔覆层金相组织;
图2为本发明实施例2熔覆层金相组织;
图3为实施例1和实施例2熔覆层显微硬度;
图4为实施例1和实施例2熔覆层抗高温氧化性能。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明实施例所用原料Al、P、Ti的纯度均为99.99%, Nb、Zr 、Y、Ce的纯度为99.9%。基体材料TiAl合金化学成分如表1所示:
表1基体材料TiAl合金化学成分
。
实施例1
本实施例高温部件表面改性材料由Al、P、Ti、Nb、Zr、Y、Ce,具体的,熔覆粉末质量分数如下:Al:49%,P:2%,Ti:33%,Nb:5%,Zr:7%,Y:2%,Ce:2%。
本实施所述TiAl基合金激光熔覆涂层的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将熔覆粉末混合后进行球磨(180目)、干燥得到混合均匀的熔覆粉末;
(2)对TiAl合金基材进行预处理:打磨表面、除污、干燥后备用;
(3)将步骤(1)得到的熔覆粉末制成条状的预置层(尺寸为60mm×4mm×3mm),将该预置层放于TiAl合金基材表面,经激光熔覆仪器把TiAl合金基体表面与预置层同时熔化形成涂层,其中激光熔覆的工艺参数为:光斑直径3mm,保护气体为N2,N2流速为25L·h-1,激光功率为4.2kW,扫描速度为380mm·min-1。
对于熔覆后的纵向涂层采用HF酸溶液进行腐蚀,得到金相图片如图1所示;采用HVS-1000A型显微硬度仪,作用15s后测量涂层和基材的显微硬度,数据如图3所示,900℃循环氧化条件下,熔覆层能够显著提高基材的抗氧化性能,数据如图4所示。
实施例2
本实施例高温部件表面改性材料由Al、P、Ti、Nb、Zr、Y、Ce,具体的,熔覆粉末质量分数如下:Al:46%,P:2%,Ti:37%,Nb:5%,Zr:7%,Y:2%,Ce:1%。
本实施所述TiAl基合金激光熔覆涂层的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)将熔覆粉末混合后进行球磨(160目)、干燥得到混合均匀的熔覆粉末;
(2)对TiAl合金基材进行预处理:打磨表面、除污、干燥后备用;
(3)将步骤(1)得到的熔覆粉末制成条状的预置层(尺寸为60mm×4mm×3mm),将该预置层放于TiAl合金基材表面,经激光熔覆仪器把TiAl合金基体表面与预置层同时熔化形成涂层,激光熔覆的工艺参数为:光斑直径为2mm,保护气体为N2,N2流速为30L·h-1,激光功率为3kW,扫描速度为360mm·min-1。
(4)对于熔覆后的纵向涂层采用HF酸溶液进行腐蚀,得到金相图片如图2所示;采用HVS-1000A型显微硬度仪作用15s后,测量涂层和基材的显微硬度,数据如图3所示;900℃循环氧化条件下,熔覆层能够显著提高基材的抗氧化性能数据分析如图4所示。
由图1、2可以看出,实施例1、2制备的材料涂层的气孔含量都不明显,且实施例1、2中材料涂层的显微组织近似。
由图3可以看出,实施例1、2制备的材料涂层的显微硬度得到明显提升,从涂层区到结合区,再到基材区的显微硬度越来越小,并且表面硬度约为基材的3倍左右。
由图4可以看出,实施例1、2制备的材料涂层的抗氧化性能约是基材的13.5倍,且两涂层的抗高温氧化性能近似。
实施例3
本实施例高温部件表面改性材料由Al、P、Ti、Nb、Zr、Y、Ce,具体的,熔覆粉末质量分数如下:Al:52%,P:2%,Ti:34.2%,Nb:5%,Zr:4%,Y:2%,Ce:0.8%,本实施例所述TiAl基合金激光熔覆涂层的制备方法同实施例2,制备的材料涂层的性能与实施例1、2相似。
Claims (4)
1.一种TiAl基合金激光熔覆涂层,其特征在于:熔覆粉末及其质量分数为:Al:46%~52%,P:2%,Ti:33%~37%,Nb:5%,Zr:4%~7%,Y:2%~3%,Ce:0.8~2%。
2.权利要求1所述TiAl基合金激光熔覆涂层的制备方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
(1)将熔覆粉末混合后进行球磨、干燥得到混合均匀的熔覆粉末;
(2)对TiAl合金基材进行预处理:打磨表面、除污、干燥后备用;
(3)将步骤(1)得到的熔覆粉末制成条状的预置层,将该预置层放于TiAl合金基材表面,经激光熔覆仪器把TiAl合金基体表面与预置层同时熔化形成涂层。
3.根据权利要求1所述TiAl基合金激光熔覆涂层的制备方法,其特征在于:球磨后的熔覆粉末粒度为100目~200目。
4.根据权利要求1所述TiAl基合金激光熔覆涂层的制备方法,其特征在于:光斑直径为2~4mm,保护气体为N2,N2流速为18~30L·h-1,激光功率为3~6kW,扫描速度为360~400mm·min-1。
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