一种钛合金耐磨涂层制备方法技术

本发明专利技术属于材料加工制造技术领域，公开了一种钛合金耐磨涂层制备方法，包括如下步骤：步骤一：对钛合金板材表面采用机械打磨和酸洗或激光清洗的方式进行清理；步骤二：对清理后的钛合金板材在温度为400℃时进行预热；步骤三：选取直径为1.2mm的ERNi焊丝和TA1焊丝，分别装在双丝MIG焊接的两个送丝机构上，通过两个焊接电源分别控制两个送丝机构，分别调整两个送丝机构的焊接电流和电压等参数；步骤四：采用双丝焊接的方法，沿钛合金板材表面进行电弧增材；步骤五：采用线切割的方式对耐磨层表面进行机械加工。本发明专利技术采用双丝焊接电弧增材的方式制备NiTi2合金耐磨涂层，效率高，成本低，适用于钛合金各种复杂平面的耐磨层的制备。备。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金耐磨涂层制备方法


[0001]本专利技术属于材料加工制造
，尤其涉及一种在钛合金表面制备 NiTi2合金耐磨涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]钛合金由于其比强度高、耐腐蚀、低密度等优异性能，被广泛用于航空 航天、海洋、石油化工以及生物医疗等领域。然而，钛合金因其低耐磨性， 在很多领域的应用受到了限制。为改善钛及其合金的表面性能，国内外研究 工作者采用了许多表面处理技术进行改善，如离子注入、气相沉积、微弧氧 化、渗碳/氮和激光熔覆技术等。其中激光熔覆技术可以使涂层与钛合金形成 良好的冶金结合，而且涂层晶粒细化、结构致密，是对钛合金表面改性较为 有效的手段。但是激光熔覆由于高的冷却速率会导致内部出现气孔和裂纹， 工艺也较复杂。
[0003]合金NiTi2是一种高耐磨、防腐蚀和抗震的合金，常用于涂层材料，通 常采用激光熔覆的方式将其制备为耐磨涂层，但是高的材料和制造成本限制 了NiTi2合金的使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种钛合金耐磨涂层制备方法,以解决现有制备 NiTi2合金涂层耐磨涂层成本高，操作复杂的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的钛合金耐磨涂层制备方法的具体技术方案如 下：
[0006]一种钛合金耐磨涂层制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、对钛合金板材表面采用机械打磨和酸洗或激光清洗的方式进行 清理，去除表面的氧化层和油污；
[0008]步骤二、对清理后的钛合金板材进行预热；/>[0009]步骤三、将ERNi焊丝和TA1焊丝，分别装在双丝MIG焊接的两个送丝机 构上，将两个送丝机构集成在一个导电嘴内，通过两个焊接电源分别控制两 个送丝机构，分别调整两个送丝机构的焊接参数；
[0010]步骤四、采用双丝焊接的方法，沿钛合金板材表面进行电弧增材，使两 种纯合金在熔池内熔化后发生反应，凝固形成合金NiTi2耐磨涂层；
[0011]步骤五、采用线切割的方式对耐磨涂层表面进行机械加工，去除焊接余 量和保证表面平整。
[0012]优选的，所述ERNi焊丝的送丝速度为1045mm/min，TA1焊丝的送丝速 度为1025mm/min。
[0013]其中，两个送丝机构的焊接电流均为110
‑
120A。
[0014]其中，两个送丝机构的焊接电压均为15
‑
17V。
[0015]其中，两个送丝机构的焊接速度均为100mm/min。
[0016]其中，ERNi焊丝和TA1焊丝的直径均为1.2mm。
[0017]其中，焊接过程采用Ar作为保护气体，气体流量为20L/min。
[0018]其中，步骤二，对清理后的钛合金板材在400℃温度下进行预热。
[0019]本专利技术的钛合金耐磨涂层制备方法具有以下优点：采用双丝焊接电弧增 材的方式制备NiTi2合金耐磨涂层，效率高，成本低，适用于钛合金各种复 杂平面的耐磨层的制备。
具体实施方式
[0020]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面对本专利技术一种钛合金 耐磨涂层制备方法做进一步详细的描述。
[0021]本实施例的钛合金耐磨涂层制备方法，包括以下几个步骤：
[0022]步骤一：对钛合金板材表面采用机械打磨和酸洗或激光清洗的方式进行 清理，去除表面的氧化层和油污；
[0023]步骤二：对清理后的钛合金板材在温度为400℃时进行预热；
[0024]步骤三：选取直径为1.2mm的ERNi焊丝和TA1焊丝，分别装在双丝MIG 焊接的两个送丝机构上，将两个送丝机构集成在一个导电嘴内，通过两个焊 接电源分别控制两个送丝机构，分别调整两个送丝机构的焊接电流和电压等 参数；
[0025]步骤四：采用双丝焊接的方法，沿钛合金板材表面进行电弧增材，焊接 过程采用Ar作为保护气体，气体流量为20L/min；
[0026]步骤五：采用线切割的方式对耐磨层表面进行机械加工，去除焊接余量 和保证表面平整。
[0027]基于NiTi2合金中Ni和Ti的原子比计算焊接过程的送丝速率：
[0028](1)假设NiTi2合金中Ni和Ti的原子分数分别为33.33％和66.67％， 然后按照公式
②
计算Ni和Ti的质量分数E
x
，其中相对原子质量M
x
数值见表 1；将计算Ni和Ti的质量分数E
x
数值代入公式
①
，未知数为两种丝材的送 丝速率，计算得到两种丝材的送丝速度，如表2所示；
[0029](2)假设计算的公式为最后设定值，然后根据得到的焊丝送丝速度，代 入公式
①
，反过来计算各元素(含微量元素)在合金NiTi2的质量分数，将 各元素的质量分数代入公式
②
可以得到最后各元素的原子分数，结果见表1。
[0030][0031][0032]其中i是不同的焊丝原料，E
x
(X＝Ni，Ti)为某一元素的质量分数；E
xi
(X＝Ni， Ti；i＝1，2)是不同金属丝中某一元素的质量分数；θ
i
(i＝1，2)是焊丝送 丝速率，单位为mm/min；d
i
(i＝1，2)是焊丝直径，单位为mm；ρ
i
(i＝1， 2)是焊丝密度，单位为g/cm3；M
x
(X＝Ni，Ti)是相对原子质量；A
x
(X＝Ni， Ti)为某一元素的原子分数。本实施例中，双丝焊接的参数如表3所示。
[0033]表1焊丝和NiTi2合金中各元素的质量分数、相对原子质量和原子分数
[0034][0035][0036]表2不同焊丝的物性参数及其计算得到的送丝速度
[0037]焊丝焊丝直径/mm焊丝密度/g/cm3焊机送丝速度/mm/minTA11.24.51045ERNi1.28.851025
[0038]表3焊接参数
[0039]焊丝电流/A电压/V焊接速度/mm/min送丝速度/mm/minERNi110
‑
12015
‑
171001025TA1110
‑
12015
‑
171001045
[0040]本专利技术基于双丝焊接电弧增材制造的方法，将纯Ni焊丝ERNi和纯Ti 焊丝TA1采用双丝焊接的方式分别进行送丝和焊接，通过不同的送丝速度和 焊接热输入，使两种纯合金在熔池内熔化后发生反应，凝固形成合金NiTi2， 再采用电弧增材的方式在钛合金表面形成一层厚度约为2mm的耐磨涂层。本 实施例在焊接后对表层耐磨层在扫描电镜下进行检验，涂层内部组织分布均 匀，无偏析、气孔和裂纹等缺陷形成。
[0041]本专利技术的优点在于：成本低、涂层制备工艺简单易操作、适用性强，对 于复杂结构的钛合金表面耐磨层的制备也适用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金耐磨涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、对钛合金板材表面采用机械打磨和酸洗或激光清洗的方式进行清理，去除表面的氧化层和油污；步骤二、对清理后的钛合金板材进行预热；步骤三、将ERNi焊丝和TA1焊丝，分别装在双丝MIG焊接的两个送丝机构上，将两个送丝机构集成在一个导电嘴内，通过两个焊接电源分别控制两个送丝机构，分别调整两个送丝机构的焊接参数；步骤四、采用双丝焊接的方法，沿钛合金板材表面进行电弧增材，使两种纯合金在熔池内熔化后发生反应，凝固形成合金NiTi2耐磨涂层；步骤五、采用线切割的方式对耐磨涂层表面进行机械加工，去除焊接余量和保证表面平整。2.根据权利要求1所述的钛合金耐磨涂层制备方法，其特征在于，所述ERNi焊丝的送丝速度为1045mm/min，TA1焊丝的送丝速度为1025mm/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建国，贾冬生，马涛，张鹏，赵银虎，张建强，蔡春波，张新乐，王小龙，卢知渊，王国栋，何耀宇，王立新，常新宇，李宏博，段爱平，梁瑞，崔健伟，王艳丽，
申请(专利权)人：内蒙古第一机械集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：