CN107043873B - 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2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2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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