CN111607755A - 一种等离子熔覆钛合金涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料表面工程领域，尤其涉及一种等离子熔覆钛合金涂层的方法。所述方法包括：过渡层金属粉末通过等离子熔覆的方式，在基体材料表面进行过渡层熔覆；在基体材料的过渡层上，进一步将钛系金属粉末通过等离子熔覆的方式熔覆钛层，即得到钛合金涂层。本发明通过等离子熔覆技术，克服钛铁链接的难点，将钛铁进行链接，可以弥补基体不良性能，适用于各种基体规格，可以进行选区熔覆，节省熔覆材料的同时拓宽了钛合金涂层的应用；且本发明显著降低了钛的应用成本，成功结合了钛与铁二者的优点，提供一种低成本、短流程、高性能、适用于各种规格的钛合金涂层制备方法。

Description

一种等离子熔覆钛合金涂层的方法
技术领域
本发明属于金属材料表面工程领域，尤其涉及一种等离子熔覆钛合金涂层的方法。
背景技术
钛具有比强度高、无磁性、耐腐蚀及生物相容性好等优异的机械性能及化学性能，广泛的应用于航空航天、汽车、军事、石油化工、能源、生物医学等领域，已成为许多国家大力发展的轻质金属材料，但是其价格相对昂贵，尤其是在作为机构部件使用时问题尤为突出。近些年来，我国对航空以及海洋的大力开发，钛及其产品需求日益旺盛，但我国钛资源并不丰富，而且受到生产技术水平的限制，导致我国大量钛材需要进口。
钛及钛合金涂层可以用来作为钛及其合金的替代品，其主要由钛及其合金作为表层，以普通碳钢或低合金钢作为基体，使得钛和铁实现钛铁链接，兼具钛的耐蚀性能及碳钢的强度和塑性，成本只有钛的10～20％，已经逐步应用到各个领域，因此开展钛及钛合金涂层的制备技术的研究具有非常重要的意义。
但目前将钛及钛合金涂层制备在钢材表面形成稳定钛、铁链接的有两方面难点：一方面钛、铁两种金属间物理、化学性能差异较大，使其成型变得困难，同时焊接过程中会产生大量的气孔、裂纹等缺陷；另一方面钛-铁之间形成的金属化合物在常温下能够稳定存在，且其晶体表现为本征脆性，这些化合物的存在对结合界面的性能都将产生不利影响，因此这两方面限制了钛和钢的直接复合。并且工业上所应用的轧制法、爆炸焊接等钛铁链接方法虽然可以实现性能差异较大金属的复合，但产品规格主要是厚度较大的中厚板材，并不适用于不规则零部件的制备与修复。
而目前针对钢材表面涂层的制备改进方法包括：如CN107937876A/一种具有硬度梯度层支撑的TiAlN复合超硬涂层及其制备方法的发明专利申请，其采用等离子氮碳共渗技术制备氮碳共渗层后配以离子源辅助电子束物理气相沉积技术制备氮铝钛涂层；又如CN103496211B/低碳钢表面钛-氮-碳-铝-氧纳米陶瓷涂层及其制备方法的发明专利申请，其采用渗碳配合气相沉积的的方式进行复合纳米陶瓷涂层的制备。
但是，上述工艺并非针对于钢材表面制备钛及钛合金涂层进行改进，同时目前国内外也几乎没有针对性地改进工艺，且当上述工艺用于钢材表面制备钛及钛合金涂层时，并无法实现提高钛铁链接强度的效果，并且仍存在容易产生涂层缺陷以及钛和铁的金属化合物，导致涂层与基体材料之间产生脆性，涂层容易从钢材基体上脱落等问题。
发明内容
为解决现有的钢材在表面制备钛及钛合金涂层时存在钛铁链接较难，存在如容易出现脆相、复合性差、成型困难、缺陷较多或成本过高等一系列问题，本发明提供了一种等离子熔覆钛合金涂层的方法。
本发明的目的在于：
一、有效降低现有钢系基体材料表面制备钛及钛合金涂层的难度；
二、提高钛铁链接效果；
三、提高钛及钛合金涂层与基体材料的结合强度。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，
所述方法包括：
1)过渡层金属粉末通过等离子熔覆的方式，在基体材料表面进行过渡层熔覆；
2)在基体材料的过渡层上，进一步将钛系金属粉末通过等离子熔覆的方式熔覆钛层，即得到钛合金涂层。
本发明通过等离子熔覆的方式，首先将过渡层金属粉末熔覆在基体材料表面形成过渡层，通过过渡层的作为钛铁链接的过度链接，以降低钛及钛合金涂层的形成难度，使得后续钛系金属粉末熔覆形成钛层时更加方便，并且提高了钛铁链接效果，使得钛层与基体材料的结合强度，实现了高效且有效制备钛合金涂层的效果。
并且，相较于另一熔覆工艺激光熔覆而言，等离子熔覆虽具有熔覆变形大、熔覆精度略差、加热/冷却较慢和焊缝通常较宽、内应力产生区间较大等缺点，但对于一种实用工艺而言，等离子熔覆也具有稳定性更高、材料限制少、送粉简便和设备要求的成本、操作等要求较低等优点，具有广泛地普适性，因而其对于本发明技术方案而言，具有独特的不可替代性，能够实现各种成分或结构的过渡层和钛层的制备和组合，以形成适应不同需求的钛合金涂层制备，整体方案在实际生产和使用过程中具有巨大的灵活性。
作为优选，
所述过渡层金属粉末包括Cu、Mn、Co、Ag、Mo、Ta、Nb、W和V中的任意一种或多种。
经研究发现，上述成分的过渡层金属粉末对于提高钛铁链接效果和降低钛铁链接难度而言，产生的效果最优。
作为优选，
所述过渡层总共熔覆制备1～4层。
过渡层设置至少一层，单层的厚度约为0.2～1.2mm，控制总厚度不超过4mm，过渡层的层数过少/厚度过小的情况下，对于钛铁链接的改善效果有限，而厚度过大则容易产生钛铁链接无法形成的问题，反而降低了钛合金涂层与钢系基体材料的结合强度，导致钛层容易脱落。
作为优选，
所述钛系金属粉末为Ti、Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti3-Al、Ti-Al、Ti-Al3、TiAlNb和Ti-47Al-2Cr-2Nb中的任意一种。
上述钛系金属粉末均为常见的钛系金属粉末，本发明技术方案基本能够普遍使用于所有含钛的金属粉末，但经过研究表明，用于上述钛系金属粉末进行钛层制备时，效果最优，并且上述钛系金属粉末也能够基本满足所有对于钛层不同性能的需求，进一步保障了本发明技术方案的普适性和有效性。
作为优选，
步骤1)和步骤2)所述等离子熔覆均采用同步送粉的方式进行。
同步送粉即在等离子熔覆过程中形成熔池的同时将涂层原料(过渡层金属粉末、钛系金属粉末)直接送入熔池。由于等离子熔覆存在前述的：相较于激光熔覆而言，等离子熔覆具有熔覆变形大、熔覆精度略差、加热/冷却较慢和焊缝通常较宽、内应力产生区间较大等缺点。需要对常规的等离子熔覆方式进行改进。
通过研究发现，将等离子熔覆与同步送粉工艺混合，用以钛合金涂层的制备，即分别用于过渡层和钛层的制备时，能够有效降低熔覆变形大、熔覆精度较差所带来的不利影响，提高了熔覆效果以及所制得的过渡层和钛层的品质，使其与基体材料更有效、更稳定地结合，此外，充分利用了加热/冷却较慢的特点，使得同步送粉工艺的难度也得以下降，熔池保持时间更长且易于控制，使得过渡层金属粉末和钛系金属粉末与所形成的熔池充分融合，有利于实现均匀的熔覆，区域过度性更佳，并且使得焊缝缩窄、提高层与层之间以及层与基体材料之间的结合强度，整体上综合提高了钛合金涂层的品质以及其与基体材料的结合强度，并且有利于进一步降低钛铁链接难度。
作为优选，
步骤1)和步骤2)所述等离子熔覆均设置参数如下：
工作电流100～260A、工作电压5～30V，扫速0.01～1m/min，控制送粉气、等离子工作气和保护气的体积流量均为0.2～1.2m3/h。
在上述参数条件下进行等离子熔覆的效果更佳。工作电流和工作电压的大小直接影响了熔覆过程中加热速率，影响了熔池的形成速率以及可控性，加热速率过大则熔池可控性较差，容易产生熔池过深等问题，而加热速率过小则难以形成足够深度的熔池，并且熔融和冷却一旦趋于平衡，会极大程度地影响熔覆质量，导致钛合金涂层的品质急剧下降。扫速也间接影响了熔池的可控性，扫速过大则熔池过浅且容易快速凝固、扫速过小则熔池过深。此外，工作电流、工作电压和扫速综合决定了过渡层和钛层的厚度，对钛合金涂层的品质起着较大的影响作用。
送粉气、等离子工作气和保护气的体积流量对于送粉速率以及等离子电弧产生等多方面均产生一定的影响，经研究表明，在上述体积流量范围内，配合本发明技术方案效果最优。
作为优选，
所述等离子工作气、送粉气和保护气均为氩气；
鉴于基体材料与钛材料的特点，为避免在高温下因为气体产生其他杂相，离子工作气、送粉气和保护气均选择氩气。
作为优选，
步骤1)和步骤2)所述等离子熔覆过程中：
焊枪喷嘴距待加工面表面7.8～8.2mm，焊枪钨极内缩4.8～5.2mm。
在上述条件下等离子束聚焦较好，等离子熔覆的效果更佳。
作为优选，
所述基体材料为钢；
所述钢为碳钢或低合金钢。
本发明技术方案对于钢系基体材料具有普遍适用性，而上述碳钢和低合金钢本身所存在的钛铁链接难度大的问题较为显著，用于该两种钢材时所产生的改善钛铁链接效果也最为显著。
本发明的有益效果是：
1)本发明通过等离子熔覆技术，克服钛铁链接的难点，将钛铁进行链接，可以弥补基体不良性能，适用于各种基体规格，可以进行选区熔覆，节省熔覆材料的同时拓宽了钛合金涂层的应用；
2)通过在钛与铁间等离子熔覆合适的一层或者多层过渡层，降低气孔、裂纹等缺陷，增强了钛合金涂层结合力，降低了涂层孔隙率，显著提升了涂层的性能；
3)本发明显著降低了钛的应用成本，成功结合了钛与铁二者的优点，提供一种低成本、短流程、高性能、适用于各种规格的钛合金涂层制备方法；
4)本发明工艺可控性好，制备工艺简单、操作方便、效率高、易于实现。
附图说明
图1为实施例1所制得钛合金涂层的截面线扫图；
图2为实施例1所制得钛合金涂层的XRD图；
图3为对比例3所制得钛合金涂层的截面线扫图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
以下实施例在对基体材料进行钛合金涂层制备前，均进行常规的表面预处理，常规的表面预处理包括：以60#砂纸对基体材料表面进行打磨去除氧化皮和用酒精或丙酮清洗去除基体材料表面的油污等杂质。预处理后得到清洁的基体材料。
实施例1
将经过预处理后所得的清洁的Q235钢作为基体材料，将基体材料置于等离子熔覆工作台上，焊枪喷嘴距基体材料加工面8mm，焊枪内钨极内缩5mm，将球形的V粉末装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流145A，工作电压20V，扫描速度为0.09m/min，送粉气(Ar)体积流量：0.3m3/h，等离子工作气(Ar)：0.3m3/h，保护气(Ar)：0.3m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，在基体材料表面完成单层钒过渡层的制备。
采用与基体材料所进行的相同的常规表面预处理，包括去氧化皮和除油等操作后，再将制备有钒过渡层的基体材料置于等离子工作台上，将球形的纯钛粉(Ti)装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流175A，工作电压20V，扫描速度为0.06m/min，送粉气(Ar)体积流量：1.0m3/h，等离子工作气(Ar)：1.0m3/h，保护气(Ar)：1.0m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，熔覆完成后即在Q235钢表面制备得到以钒为过渡层的钛合金涂层。
所制得钛合金涂层金属光泽明显，质量良好。
对钛合金涂层进行测试，其中钛合金涂层的截面线扫图和涂层的XRD图分别如图1和图2所示，从图1下半部分可明显看出，基体材料层与过渡层、过渡层与钛层之间分层非常明显且清晰，没有明显的宽焊缝区，焊缝基本缩为线状，并且从图中可看出并无孔隙和晶粒粗大等缺陷产生，整体以钒作为过渡层的钛合金涂层结构完整且连续，从图1的上半部分也可明显看出，铁元素含量在钒-铁界面明显降低，并其随着扩散距离的深入逐渐降低，说明钒过渡层对铁的扩散起到了显著的抑制作用，避免了钛层产生过多缺陷。进一步结合图2，可明显看出，在靠近熔覆层的基体中基本保留了Fe相，在钒过渡层内只出现少量复杂相，并未产生大量脆性钛铁化合物，确保了涂层具有良好的力学性能。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例2
将经过预处理后所得的清洁的Q235钢作为基体材料，将基体材料置于等离子熔覆工作台上，焊枪喷嘴距基体材料加工面8mm，焊枪内钨极内缩5mm，将球形的V粉末装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流155A，工作电压20V，扫描速度为0.12m/min，送粉气(Ar)体积流量：0.3m3/h，等离子工作气(Ar)：0.3m3/h，保护气(Ar)：0.3m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，在基体材料表面完成单层钒过渡层的制备。
采用与基体材料所进行的相同的常规表面预处理，包括去氧化皮和除油等操作后，再将制备有钒过渡层的基体材料置于等离子工作台上，将球形的纯钛粉(Ti)装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流175A，工作电压20V，扫描速度为0.06m/min，送粉气(Ar)体积流量：1.0m3/h，等离子工作气(Ar)：1.0m3/h，保护气(Ar)：1.0m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，熔覆完成后即在Q235钢表面制备得到以钒为过渡层的钛合金涂层。
所制得钛合金涂层金属光泽明显，质量良好。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例3
将经过预处理后所得的清洁的Q235钢作为基体材料，将基体材料置于等离子熔覆工作台上，焊枪喷嘴距基体材料加工面8mm，焊枪内钨极内缩5mm，将球形的Cu粉末装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流130A，工作电压10V，扫描速度为0.06m/min，送粉气(Ar)体积流量：0.3m3/h，等离子工作气(Ar)：0.3m3/h，保护气(Ar)：0.3m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，在基体材料表面完成第一层铜过渡层的制备。
采用与基体材料所进行的相同的常规表面预处理，包括去氧化皮和除油等操作后，再将制备有铜过渡层的基体材料置于等离子工作台上，将球形的V粉末装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流145A，工作电压10V，扫描速度为0.09m/min，送粉气(Ar)体积流量：0.3m3/h，等离子工作气(Ar)：0.3m3/h，保护气(Ar)：0.3m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，在铜过渡层上实现第二层钒过渡层的制备。
采用与基体材料所进行的相同的常规表面预处理，包括去氧化皮和除油等操作后，再将制备有铜和钒两层过渡层的基体材料置于等离子工作台上，将球形的纯钛粉(Ti)装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流175A，工作电压10V，扫描速度为0.08m/min，送粉气(Ar)体积流量：1.0m3/h，等离子工作气(Ar)：1.0m3/h，保护气(Ar)：1.0m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，熔覆完成后即在Q235钢表面制备得到以铜和钒为过渡层的钛合金涂层。
所制得钛合金涂层金属光泽明显，质量良好。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例4
将经过预处理后所得的清洁的Q235钢作为基体材料，将基体材料置于等离子熔覆工作台上，焊枪喷嘴距基体材料加工面8mm，焊枪内钨极内缩5mm，将球形的Cu粉末装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流130A，工作电压20V，扫描速度为0.10m/min，送粉气(Ar)体积流量：0.3m3/h，等离子工作气(Ar)：0.3m3/h，保护气(Ar)：0.3m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，在基体材料表面完成第一层铜过渡层的制备。
采用与基体材料所进行的相同的常规表面预处理，包括去氧化皮和除油等操作后，再将制备有铜过渡层的基体材料置于等离子工作台上，将球形的V粉末装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流145A，工作电压20V，扫描速度为0.12m/min，送粉气(Ar)体积流量：0.3m3/h，等离子工作气(Ar)：0.3m3/h，保护气(Ar)：0.3m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，在铜过渡层上实现第二层钒过渡层的制备。
采用与基体材料所进行的相同的常规表面预处理，包括去氧化皮和除油等操作后，再将制备有铜和钒两层过渡层的基体材料置于等离子工作台上，将球形的纯钛粉(Ti)装入等离子熔覆设备的送粉器中，采用同步送粉的方式。
设定等离子熔覆工艺参数为：
工作电流175A，工作电压20V，扫描速度为0.12m/min，送粉气(Ar)体积流量：1.0m3/h，等离子工作气(Ar)：1.0m3/h，保护气(Ar)：1.0m3/h。
启动开关开始过渡层的等离子熔覆制备，熔覆完成后即在Q235钢表面制备得到以铜和钒为过渡层的钛合金涂层。
所制得钛合金涂层金属光泽明显，质量良好。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例5
具体步骤与实施例1相同，所不同的是：
钒过渡层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
工作电流为160A；
钛层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
工作电流为200A。
在Q235钢基体材料制备得到以钒为过渡层的钛合金涂层。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例6
具体步骤与实施例1相同，所不同的是：
钒过渡层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
扫描速度为1m/min，工作电压为30V；
钛层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
扫描速度为1m/min，工作电压为30V。
在Q235钢基体材料制备得到以钒为过渡层的钛合金涂层。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例7
具体步骤与实施例3相同，所不同的是：
铜过渡层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
工作电流为150A；
钒过渡层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
工作电流为170A；
钛层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
工作电流为200A。
在Q235钢基体材料制备得到以铜和钒为过渡层的钛合金涂层。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例8
具体步骤与实施例3相同，所不同的是：
铜过渡层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
扫描速度为1m/min，工作电压为30V；
钒过渡层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
扫描速度为1m/min，工作电压为30V；
钛层的等离子熔覆过程中，改变以下参数：
扫描速度为1m/min，工作电压为30V。
在Q235钢基体材料制备得到以铜和钒为过渡层的钛合金涂层。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例9
具体步骤与实施例1相同，所不同的是：
过渡层金属粉末改变为铌粉(Nb)，并设置过渡层的等离子熔覆参数如下：
工作电流165A，工作电压20V，扫描速度为0.10m/min，送粉气(Ar)体积流量：0.3m3/h，等离子工作气(Ar)：0.3m3/h，保护气(Ar)：0.3m3/h。
在Q235钢基体材料表面制备得到以铌为过渡层的钛合金涂层。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例10
具体步骤与实施例1相同，所不同的是：
过渡层金属粉末改变为钽粉(Ta)，并设置过渡层的等离子熔覆参数如下：
工作电流180A，工作电压30V，扫描速度为0.10m/min，送粉气(Ar)体积流量：0.3m3/h，等离子工作气(Ar)：0.3m3/h，保护气(Ar)：0.3m3/h。
在Q235钢基体材料表面制备得到以钽为过渡层的钛合金涂层。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
实施例11
具体步骤与实施例1相同，所不同的是：
将Q235钢基体材料替换为Q295钢基体材料。
在Q295钢基体材料表面制备得到以钒为过渡层的钛合金涂层。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
对比例1
具体操作与实施例1相同，所不同的是：
不采用同步送粉的方式进行制备，采用常规等离子熔覆工艺中，先产生熔池、后送粉再冷却凝固的方式进行制备。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
对比例2
具体操作与实施例3相同，所不同是的：
不采用同步送粉的方式进行制备，采用常规等离子熔覆工艺中，先产生熔池、后送粉再冷却凝固的方式进行制备。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛合金涂层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比。
对比例3
具体操作与实施例1相同，所不同的是：
不制备过渡层，直接制备钛层。
依照GB/T6396-2008对所制得的钛层与Q235钢基体材料的结合强度进行检测，并记录后与常规市售的镀钛Q235钢进行对比，本对比例所制得试样线扫图如图3所示，从图中可明显看出，其钛铁链接效果极差，两者之间产生明显的裂缝，整体的钛铁链接效果极差，钛层与铁基基体材料的结合强度低。
实施例1～11和对比例1～3的结合强度测试结果如下表表1所示。
表1：结合强度测试结果。
Figure BDA0002484973840000111
上述测试结果均取十次测量均值，精确到小数后一位。
从上表可明显看出，通过本发明制备工艺制备钛合金涂层能够极大幅度地提高钛层的结合强度，相较于常规市售的镀钛Q235钢，结合强度提升幅度基本可达到150％以上。

Claims (9)

1.一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，其特征在于，
所述方法包括：
1）过渡层金属粉末通过等离子熔覆的方式，在基体材料表面进行过渡层熔覆；
2）在基体材料的过渡层上，进一步将钛系金属粉末通过等离子熔覆的方式熔覆钛层，即得到钛合金涂层。
2.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，其特征在于，
所述过渡层金属粉末包括Cu、Mn、Co、Ag、Mo、Ta、Nb、W和V中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，其特征在于，
所述过渡层总共熔覆制备1～4层。
4.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，其特征在于，
所述钛系金属粉末为Ti、Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti3-Al、Ti-Al、Ti-Al3、TiAlNb和Ti-47Al-2Cr-2Nb中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，其特征在于，
步骤1）和步骤2）所述等离子熔覆均采用同步送粉的方式进行。
6.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，其特征在于，
步骤1）和步骤2）所述等离子熔覆均设置参数如下：
工作电流100～260 A、工作电压5～30 V，扫速0.01～1 m/min，控制送粉气、等离子工作气和保护气的体积流量均为0.2～1.2 m3/h。
7.根据权利要求6所述的一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，其特征在于，
所述等离子工作气、送粉气和保护气均为氩气。
8.根据权利要求1或5或6或7所述的一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，其特征在于，
步骤1）和步骤2）所述等离子熔覆过程中：
焊枪喷嘴距待加工面表面7.8～8.2mm，焊枪钨极内缩4.8～5.2mm。
9.根据权利要求1所述的一种等离子熔覆钛合金涂层的方法，其特征在于，
所述基体材料为钢；
所述钢为碳钢或低合金钢。
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