一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层及其制备方法，选用亚稳β钛合金Ti

【技术实现步骤摘要】
一种亚稳
β
基高韧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
，具体涉及一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]众所周知，钛及钛合金在军事、民用及石油化工等领域已被广泛应用。但是钛合金耐磨性比较差，在复杂工况条件下极易被破坏。因此，钛合金耐磨涂层及其制备技术已成为研究和开发热点问题之一。但是，传统钛合金耐磨涂层也存在一些制约钛合金广泛应用的问题，诸如涂层与母材间结合力差，颗粒增强涂层韧性差，容易产生裂纹等问题。因此，同时兼备优良的韧性与耐磨性的钛合金耐磨涂层研发，是本领域一直渴望解决的技术难题之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层，提高了钛合金耐磨涂层韧性的同时又改善钛合金耐磨性。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层的制备方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层，所述耐磨涂层为基体钛合金上沉积亚稳β钛合金Ti
‑
xNb基WC硬质颗粒增强相的钛合金耐磨涂层。
[0006]所述的亚稳β钛合金Ti
‑
xNb中x质量百分数为5
‑
25%。
[0007]所述耐磨涂层中形成含铌Nb的亚稳β相基体，并在高韧亚稳β相基体上弥散分布WC、TiC颗粒强化相。
[0008]所述耐磨涂层硬度为600
‑
1600HV，耐磨性为TC4基体钛合金的8
‑
14倍。
[0009]一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层的制备方法，包括下述步骤：步骤1，选用亚稳β钛合金Ti
‑
xNb（x为5
‑
25%，质量百分数）粉体材料，向亚稳β钛合金Ti
‑
xNb粉体材料中添加WC粉体，混合后形成耐磨粉体材料；步骤2，采用球磨方法将耐磨粉体材料混制均匀；步骤3，采用激光沉积方法将上述混制均匀的耐磨粉体材料在基体钛合金上沉积高韧耐磨涂层。
[0010]所述的步骤1中，形成的钛合金耐磨粉体中WC含量的质量百分数为5
‑
30%。
[0011]所述的步骤2中，利用行星式快速研磨机进行合金粉末混合，合金粉末的粒度范围为150
‑
190目，混粉转速90r/min，混粉时间150min。
[0012]所述的步骤3中，采用1000W光纤激光器进行激光沉积，激光沉积功率为400
‑
900W，氩气的流量为18
‑
20mL/min，扫描速度为0.5
‑
1.5 mm/s，离焦量为1
‑
2 cm。
[0013]本专利技术的优点效果如下：1、所述耐磨涂层为亚稳β基体，具有较好的韧性，减少裂纹形成。
[0014]2、所述耐磨涂层亚稳β基体与钛合金母材成分接近，合金元素互相固溶度高，能够显著提高涂层与母材的冶金结合程度。
[0015]3、所述耐磨涂层的沉积涂层表面显微硬度为600
‑
1400HV，耐摩擦磨损性能是基体的8
‑
14倍。
[0016]4、本专利技术涂层采用激光沉积方法，具有加工周期短、材料利用率高等优点。
[0017]综上，本专利技术的亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层，不仅能够解决涂层与母材结合力差的问题，同时高韧亚稳β相也能显著提高耐磨涂层的韧性，降低了裂纹产生倾向，同时兼备优良的韧性与耐磨性。
附图说明
[0018]图1为激光沉积制备后涂层形貌示意图。
[0019]图2为激光沉积涂层的摩擦磨损性能示意图。
[0020]图3为激光沉积涂层的显微硬度示意图。
实施方式实施例
[0021]在具体实施方式中，本专利技术选用亚稳β钛合金Ti
‑
15Nb基碳化钨WC硬质颗粒增强相的钛合金耐磨涂层为例。利用行星式快速研磨机进行合金粉末混合，合金粉末的粒度范围为150
‑
190目，混粉转速90r/min，混粉时间150min。采用激光沉积功率为400
‑
900W，氩气的流量为18
‑
20mL/min，扫描速度为0.5
‑
1.5 mm/s，离焦量为1
‑
2 cm。沉积涂层表面显微硬度为600
‑
1400HV，耐摩擦磨损性能是基体的8
‑
14倍。该涂层具有较好硬度、韧性及耐磨性。
[0022]本专利技术中，激光沉积设备为武汉瑞丰光电技术有限公司生产1000W光纤激光沉积设备。
[0023]为了使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
实施例
[0024]将粒度为160目的Ti
‑
15Nb合金粉末与含量20%WC混合，在Ti6Al4V钛合金表面进行激光沉积涂层，激光功率600W，氩气的流量为17mL/min，扫描速度为1.1 mm/s，离焦量为1.5 cm，即可制备出目标含WC的Ti
‑
15Nb基高韧钛合金耐磨涂层。
[0025]按照传统金相制备方法进行组织观察，发现该涂层表层区域的组织为高韧亚稳β相基体上弥散分布碳化钨WC、碳化钛TiC颗粒强化相，如图1所示。选择材料80号刚玉砂布作为摩擦副材料。利用显微硬度计测试涂层显微硬度。结果发现，耐磨涂层表面硬度为600
‑
1400HV，如图2所示；耐摩擦磨损性能是基体的8
‑
14倍，如图3所示。
[0026]为了使本专利技术的技术方案得到更好的支持，经试验验证的其他具体实施例如下。
实施例
[0027]步骤1，选用亚稳β钛合金Ti
‑
5Nb粉体材料，向亚稳β钛合金Ti
‑
5Nb粉体材料中添加
质量百分数为5%的碳化钨WC粉体，混合后形成耐磨粉体材料；步骤2，利用行星式快速研磨机进行合金粉末混合，合金粉末的粒度范围为150目，混粉转速90r/min，混粉时间150min；步骤3，采用激光沉积方法将上述混制均匀的耐磨粉体材料在基体钛合金上沉积高韧耐磨涂层；采用1000W光纤激光器进行激光沉积，激光沉积功率为400W，氩气的流量为18mL/min，扫描速度为0.5 mm/s，离焦量为1cm。
[0028]发现该涂层表层区域的组织为高韧亚稳β相基体上弥散分布碳化钨WC、碳化钛TiC颗粒强化相，利用显微硬度计测试涂层显微硬度。结果发现，耐磨涂层表面硬度为600
‑
1400HV，耐摩擦磨损性能是基体的8
‑
14倍。
实施例
[0029]步骤1，选用亚稳β钛合金Ti
‑
25Nb粉体材料，向亚稳β钛合金Ti
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25Nb粉体材料中添加质量百分数为30%的碳化钨WC粉体，混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层，其特征在于所述耐磨涂层为基体钛合金上沉积亚稳β钛合金Ti
‑
xNb基WC硬质颗粒增强相的钛合金耐磨涂层。2.根据权利要求1所述的一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层，其特征在于所述的亚稳β钛合金Ti
‑
xNb中x质量百分数为5
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25%。3.根据权利要求1或2所述的一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层，其特征在于所述耐磨涂层中形成含Nb的亚稳β相基体，并在高韧亚稳β相基体上弥散分布WC、TiC颗粒强化相。4.根据权利要求1所述的一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层，其特征在于所述耐磨涂层硬度为600
‑
1600HV，耐磨性为TC4基体钛合金的8
‑
14倍。5.制备如权利要求1所述的一种亚稳β基高韧钛合金耐磨涂层的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，选用亚稳β钛合金Ti
‑
xNb粉体材料，向亚稳β钛合金Ti
‑
xNb粉体材料中添加WC粉体，混合后形成耐磨粉体材料；步骤2，采用球磨方法将耐磨粉体材料混制均匀；步骤3，采用激光沉积方法将上述混制均...

【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：