一种含无氧区Al-Si-V-Nb钛合金耐磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含无氧区Al

【技术实现步骤摘要】
一种含无氧区Al
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Si
‑
V
‑
Nb钛合金耐磨涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金耐磨涂层制备
，具体涉及一种含无氧区Al
‑
Si
‑
V
‑
Nb钛合金耐磨涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛及钛合金因比重小、比强度高、耐蚀、耐高温、无磁、可焊等优异综合性能，在航天、航空、石油、化工等中被广泛使用。同时，钛合金具有高的耐高温及低温性能，被人们称作“现代金属”、“太空金属”等。然而，钛合金因其摩擦系数较大而耐磨性比较差，故在摩擦磨损工况条件下钛合金的应用被严重受到限制。因此，钛合金耐磨涂层及其制备技术已成为钛合金表面强化领域的研究热点之一，是本领域一直渴望而仍未很好解决的技术难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种含无氧区Al
‑
Si
‑
V
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Nb钛合金耐磨涂层及其制备方法，解决现有技术中钛合金的耐磨性较差的问题。该涂层成分为，Si元素的质量百分含量为10
‑
25%，V元素的质量百分含量为0.5
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4%，Nb元素的质量百分含量为0
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5%，其余为Al元素。该涂层的组织分为三个明显区域，即表层区域组织、无氧区域组织及基体区域组织。该涂层具有良好的耐磨性能，涂层表层区域的硬度明显低于钛合金基体硬度，涂层与基体冶金结合区域（无氧区）的硬度总体略高于钛合金基体，但合金涂层耐磨性却较钛合金基体大幅提高。与传统钛合金耐磨涂层不同，本专利技术避开了依赖提高涂层硬度来提高耐磨性的传统做法，而是通过制备软基体及在其弥散分布的细小硬质相来改善钛合金耐磨性。其突出优点是较低硬度的涂层基体能够保证合金涂层具有优秀的韧性，不必担心涂层硬度高韧性不足的问题。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供一种含无氧区Al
‑
Si
‑
V
‑
Nb钛合金耐磨涂层的制备方法，制备方法采用激光沉积制备技术，该工艺方法易实现，工艺过程可控制，工艺成型质量高。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种含无氧区Al
‑
Si
‑
V
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Nb钛合金耐磨涂层，Si元素的质量百分含量为10
‑
25%，V元素的质量百分含量为0.5
‑
4%，Nb元素的质量百分含量为0
‑
5%，其余为Al元素。
[0006]所述的一种含无氧区Al
‑
Si
‑
V
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Nb钛合金耐磨涂层，其特征在于：涂层组织分为三个明显区域，即表层区域组织、无氧区域组织及基体区域组织。涂层表层区域的组织成分为初生Si组织、（a
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Al+Si）共晶组织、b
‑
Ti
‑
V固溶体、Si
‑
Nb化合物以及a
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Al基体；在涂层与基体熔合区中存在明显无氧区，无氧区的组织为b钛合金固溶体及其上分布着细小原位Si相、Ti
‑
Al、Ti
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Si及Si
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Nb金属间化合物；而基体区域为钛合金组织。
[0007]所述的一种含无氧区Al
‑
Si
‑
V
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Nb钛合金耐磨涂层，其特征在于：所述涂层与基体完全呈现冶金过渡结合，熔覆涂层表面显微硬度为100
‑
150HV，耐摩擦磨损性能是基体的2
‑
3倍；涂层
‑
基体冶金结合区（无氧区）硬度为110
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650HV，耐摩擦磨损性能是基体的3
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6倍。
[0008]所述的一种含无氧区Al
‑
Si
‑
V
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Nb钛合金耐磨涂层，其特征在于：涂层与基体冶金结合区存在5
‑
20mm的无氧区，该无氧区具有较高的韧性。
[0009]所述的一种含无氧区Al
‑
Si
‑
V
‑
Nb钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于：选用Al
‑
Si
‑
V
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Nb合金粉末，采用激光沉积技术进行熔覆，形成涂层。
[0010]所述的一种含无氧区Al
‑
Si
‑
V
‑
Nb钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述的激光沉积功率为800
‑
1200 W，氩气的流量为10
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15mL/min，扫描速度为1
‑
3 mm/s，离焦量为8
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10 cm。
[0011]本专利技术的设计思想是：Al
‑
Si合金具有较好的耐磨性，同时既廉价又质量轻。这对基材钛合金而言，即降低表面改性成分，又能提高钛合金耐磨性和保持钛合金比强度高的优点。
[0012]V、Nb元素在钛合金中具有较高的固溶度，且均为稳定b元素，能够在涂层中形成b钛合金固溶体。同时氧元素在钛合金中是稳定a相元素，于是在b钛合金固溶体中便形成了无氧区域。由于b钛合金固溶体具有较好的合金韧性，因此在涂层与基体结合区便形成了韧性比较好的涂层基体。而在涂层表面，硬度低的a
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Al基体也能形成涂层基体。
[0013]Ti
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Si、Ti
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V、Ti
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Nb、Ti
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Al间相互原子作用比较强，在涂层制备中容易形成弥散、细小的原位硬质相；于此同时硬质相Si也能大量形成于涂层中。这些硬质相分布在柔性基体上便可以制备出低硬度、高韧性的钛合金耐磨涂层。
[0014]激光沉积制造技术是一种增材制造方法，是结合了激光熔覆技术与快速原型技术的一种新型一体化制造技术。金属熔池内部，按照预定的扫描方式逐层进行材料的累积生长。激光沉积技术加工周期短、无模具和材料利用率高的特点，现已经广泛应用到钛合金、高温合金、铁基合金以及铝合金、陶瓷等表面改性中。
[0015]本专利技术的优点及有益效果是：1.本专利技术设计的涂层，对钛合金的耐磨损防护十分有效。
[0016]2.本专利技术涂层采用激光沉积技术，加工周期短、材料利用率高等优点。
[0017]3.本专利技术涂层具有低硬度、高耐磨性特点，避免传统钛合金耐磨涂层强韧性匹配的困难。
[0018]4.本专利技术涂层能够继续保持了钛合金比强度高的优点。
[0019]5.本专利技术成本较低。
附图说明
[0020]图1为激光沉积涂层的摩擦磨损性能。
具体实施方式
[0021]在具体实施方式中，本专利技术的一种含无氧区Al
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Si本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含无氧区Al
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Si
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V
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Nb钛合金耐磨涂层，其特征在于：Si元素的质量百分含量为10
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25%，V元素的质量百分含量为0.5
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4%，Nb元素的质量百分含量为0
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5%，其余为Al元素。2.根据权利要求1所述的一种含无氧区Al
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Si
‑
V
‑
Nb钛合金耐磨涂层，其特征在于：涂层组织分为三个明显区域，即表层区域组织、无氧区域组织及基体区域组织。3.涂层表层区域的组织成分为初生Si组织、（α
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Al+Si）共晶组织、β
‑
Ti
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V固溶体、Si
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Nb化合物以及α
‑
Al基体；在涂层与基体熔合区中存在明显无氧区，无氧区的组织为β钛合金固溶体及其上分布着细小原位Si相、Ti
‑
Al、Ti
‑
Si及Si
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Nb金属间化合物；而基体区域为钛合金组织。4.根据权利要求1所述的一种含无氧区Al
‑
Si
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V
‑
Nb钛合金耐磨涂层，其特征在于：所述涂层与基体完全呈现冶金过渡结合，熔覆涂层表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：林成，杨静怡，崔建潇，任廷臻，马启航，李飞，史艳华，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：