專利名稱：用于鈦合金表面激光熔覆的材料及激光熔覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在鈦合金表面激光熔覆的材料及激光熔覆的方法，屬于材料表面強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦合金具有高比強(qiáng)，高比模量和優(yōu)異耐蝕性等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。但鈦合金的表面耐磨性差，限制了其潛能的發(fā)揮。激光熔覆技術(shù)可以修復(fù)各種失效的零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。采用激光技術(shù)熔覆陶瓷涂層或陶瓷顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料涂層是提高鈦合金表面耐磨性能有效途徑，可使激光熔覆層與鈦合金基體結(jié)合起來(lái)，形成具有良好強(qiáng)韌性的激光熔覆層。目前在鈦合金表面激光熔覆的合金系主要是鎳基、鈷基，由于鈷基、鎳基等屬于國(guó)防戰(zhàn)略材料，其生產(chǎn)成本高，且鎳基涂層的缺陷如氣孔、裂紋較多。本發(fā)明目的是研究在TA2鈦合金表面激光熔覆其他合金系，從而達(dá)到強(qiáng)化鈦合金表面的目的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種能夠降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)鈦合金表面硬度與耐磨性的鈦合金表面激光熔覆的材料及激光熔覆方法。本發(fā)明中的用于鈦合金表面激光熔覆的材料所采用的技術(shù)方案是一種用于鈦合金表面激光熔覆的材料，其特殊之處是它是由Fe3Al粉末和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相粉末按比例混合而成，其質(zhì)量比為=Fe3Al粉占63% 86%，TiC-TiB2粉末占14% 37%。為了進(jìn)一步增強(qiáng)鈦合金表面的硬度與耐磨性，所述的TiC-TiB2粉末中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例為 1:1。本發(fā)明中的Fe3Al在激光熔覆時(shí)，部分Fe3Al會(huì)分解出Fe與Al，Al可與激光熔池中的Ti發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Ti3Al或TiAl，從而大大增強(qiáng)鈦合金表面的顯微硬度與耐磨性能。而加入的TiC-TiB2粒子可進(jìn)一步增強(qiáng)鈦合金表面的顯微硬度與耐磨性，這對(duì)于鈦合金表面的強(qiáng)化具有重要的作用。本發(fā)明的激光熔覆方法所采用的技術(shù)方案是一種鈦合金表面激光熔覆方法，其包括如下步驟( I)清理鈦合金表面，并拭凈、吹干；(2)用水玻璃溶液將Fe3Al粉末和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相粉末按比例混合均勻調(diào)成糊狀，所述Fe3Al粉末和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相粉末的質(zhì)量比為=Fe3Al粉占63% 86%，TiC-TiB2 粉末占 14% 37% ；(3)將上述的糊狀混合物粉末涂敷在鈦合金基體表面上，自然風(fēng)干；(4)用激光束對(duì)預(yù)涂Fe3Al和TiC-TiB2混合物粉末的鈦合金表面進(jìn)行激光熔覆，激光束垂直掃描并在掃描過(guò)程中側(cè)向吹送IS氣保護(hù)，同時(shí)同軸吹送IS氣以保護(hù)鏡筒，工藝參數(shù)為激光功率O. 9-1. 5 kff,掃描速度2. 5 7. 5 mm/s，光斑直徑2 6 mm，氬氣保護(hù)氣壓為O. 3MPa。所述步驟(3)中的涂層厚度為O. 4 1. 3 mm ;所述的TiC-TiB2粉末中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例為1:1。所述Fe3Al粉的粒度為10目-300目，TiC-TiB2粉末的粒度為10目-300目。所述水玻璃溶液中的純水玻璃與水的體積配置比例為1 :3。所述步驟(I)中的清理鈦合金表面包括先進(jìn)行機(jī)械清理然后進(jìn)行化學(xué)清理，所述機(jī)械清理是用金相砂紙打磨鈦合金的待熔表面，使其表面粗糙度達(dá)到Ra1. 6 6. 4 μ m ;所述化學(xué)清理是采用體積百分比為10%的硫酸或10% 15%鹽酸水溶液對(duì)鈦合金待熔表面進(jìn)行清洗，酸洗時(shí)間為5 10 min.本發(fā)明在鈦合金表面上激光熔覆Fe3Al和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相，是通過(guò)激光熔覆工藝完成的。在激光熔覆中，激光熔覆層中的部分Fe3Al會(huì)分解出Fe與A1，A1可與激光熔池中的Ti發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成Ti3Al或TiAl，從而大大增強(qiáng)鈦合金表面的顯微硬度與耐磨性能。在激光熔覆中，TiC-TiB2陶瓷顆粒相的加入，使熔覆層中硬質(zhì)相的數(shù)量增加，使熔覆層的硬度和耐磨性大幅度提高，這對(duì)于鈦合金表面的強(qiáng)化具有重要的作用。本發(fā)明中激光熔覆層的組織細(xì)密而均勻，并分布著大量的陶瓷硬質(zhì)相，因而熔覆層的硬度較高。通過(guò)激光熔覆，熔覆層的硬度比鈦合金基體的硬度提高了 3 4倍。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過(guò)在鈦合金表面激光熔覆Fe3Al和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相不僅能夠獲得硬度和耐磨性顯著提高的鈦合金表面強(qiáng)化涂層，而且由于所采用的Fe3Al較鈷基、鎳基等合金系價(jià)格便宜，可將生產(chǎn)成本降低30% 40%。此外，本發(fā)明采用的激光熔覆工藝是一種快速制造技術(shù)，相比傳統(tǒng)的電弧熔覆等方法，可以縮短生產(chǎn)周期約80%。本發(fā)明還有工藝簡(jiǎn)單方便，適用性強(qiáng)、便于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
`下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例1在長(zhǎng)度為30臟、寬度為10mm、厚度為9mm的長(zhǎng)方形TA2鈦合金表面上，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72%的Fe3Al粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相混合粉末激光熔覆在鈦合金表面，所述Fe3Al粉的粒度為10 300目，TiC-TiB2粉末的粒度為10 300目，所述的TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例可采用任何比例，但TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例最好為1:1。具體工藝步驟如下(I)在激光熔覆之前，用240號(hào)砂紙打磨TA2鈦合金待激光熔覆的表面，使其表面粗糙度達(dá)到Ra 2. 5 μ m ;然后用體積百分比為10%硫酸水溶液對(duì)待激光熔覆表面進(jìn)行清洗，酸洗時(shí)間為5 IOmin ;酸洗后，用清水沖洗、用酒精將待熔工件表面擦拭干凈、吹干。(2)用玻璃試管配置20毫升的水玻璃溶液，該水玻璃溶液中的純水玻璃與水的體積配置比例為1:3，即量取5毫升的純水玻璃和15毫升的水，在玻璃試管內(nèi)攪拌均勻。(3)在天平上稱取Fe3Al粉末O. 72克，TiC-TiB2粉末O. 28克，將混合粉末倒入小燒杯中，滴入3-4滴已配置好的水玻璃溶液，用玻璃棒均勻攪拌成糊狀。(4)用玻璃棒將糊狀混合物均勻涂敷在鈦合金待熔表面，自然風(fēng)干。涂層厚度為O.4 L 3 mm。(5)用激光束對(duì)預(yù)涂Fe3Al和TiC-TiB2混合物粉末的鈦合金表面進(jìn)行激光熔覆，激光束垂直掃描并在掃描過(guò)程中側(cè)向吹送IS氣保護(hù)，同時(shí)同軸吹送IS氣以保護(hù)鏡筒，工藝參數(shù)為激光功率O. 9 kff,掃描速度2. 5mm/s，光斑直徑4mm，氬氣保護(hù)氣壓為O. 3MPa。具體步驟是將晾干的試樣放置在正對(duì)著激光發(fā)射口的位置，將保護(hù)氣口正對(duì)激光熔覆前的鈦合金涂層表面。位置調(diào)整好之后，用激光器上平行調(diào)節(jié)試樣位置的扳手將試樣與激光器發(fā)射口拉開一定的距離，然后盡快讓試樣向激光噴口以2. 5 mm/s速度勻速運(yùn)動(dòng)。在試樣將要運(yùn)動(dòng)到保護(hù)氣口時(shí)，提前開啟保護(hù)氣。當(dāng)試樣將要運(yùn)動(dòng)到激光發(fā)射口時(shí)，提前開啟激光發(fā)射器。隨后在保護(hù)氣的保護(hù)下，試樣表面發(fā)生激光熔覆。試樣表面完全發(fā)生完激光熔覆反應(yīng)后，將激光關(guān)閉，再過(guò)一秒鐘以后將保護(hù)氣關(guān)閉，后關(guān)閉保護(hù)氣的原因是為了是使保護(hù)氣對(duì)試樣表面進(jìn)行充分的保護(hù)。激光熔覆后，試樣表面硬度可以達(dá)到1150-1300 HV0.2；激光熔覆層的磨損體積為TA2基體的1/4。

本實(shí)施例中的其他部分采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。實(shí)施例2在長(zhǎng)度為30mm、寬度為10mm、厚度為9mm的長(zhǎng)方形TA2鈦合金表面上，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%的Fe3Al粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相混合粉末激光熔覆在鈦合金表面，所述Fe3Al粉的粒度為10 300目，TiC-TiB2粉末的粒度為10 300目，所述的TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例可采用任何比例，但TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例最好為1:1。具體工藝步驟如下(I)在激光熔覆之前，用240號(hào)砂紙打磨TA2鈦合金待激光熔覆的表面，使其表面粗糙度達(dá)到Ra1. 6 μ m ;然后用體積百分比為10%硫酸水溶液對(duì)待激光熔覆表面進(jìn)行清洗，酸洗時(shí)間為5 IOmin ;酸洗后，用清水沖洗、用酒精將待熔工件表面擦拭干凈、吹干。(2)用玻璃試管配置20毫升的水玻璃溶液，該水玻璃溶液中的純水玻璃與水的體積配置比例為1:3，即量取5毫升的純水玻璃和15毫升的水，在玻璃試管內(nèi)攪拌均勻。(3)在天平上稱取Fe3Al粉末O. 63克，TiC-TiB2粉末O. 37克，將混合粉末倒入小燒杯中，滴入3-4滴已配置好的水玻璃溶液，用玻璃棒均勻攪拌成糊狀。(4)用玻璃棒將糊狀混合物均勻涂敷在鈦合金待熔表面，自然風(fēng)干。涂層厚度為
O.4 L 3 mm。(5)用激光束對(duì)預(yù)涂Fe3Al和TiC-TiB2混合物粉末的鈦合金表面進(jìn)行激光熔覆，激光束垂直掃描并在掃描過(guò)程中側(cè)向吹送IS氣保護(hù)，同時(shí)同軸吹送IS氣以保護(hù)鏡筒，工藝參數(shù)為激光功率I kw，掃描速度3mm/s，光斑直徑2_，氬氣保護(hù)氣壓為O. 3MPa。具體步驟是將晾干的試樣放置在正對(duì)著激光發(fā)射口的位置，將保護(hù)氣口正對(duì)激光熔覆前的鈦合金涂層表面。位置調(diào)整好之后，用激光器上平行調(diào)節(jié)試樣位置的扳手將試樣與激光器發(fā)射口拉開一定的距離，然后盡快讓試樣向激光噴口以3 mm/s速度勻速運(yùn)動(dòng)。在試樣將要運(yùn)動(dòng)到保護(hù)氣口時(shí)，提前開啟保護(hù)氣。當(dāng)試樣將要運(yùn)動(dòng)到激光發(fā)射口時(shí)，提前開啟激光發(fā)射器。隨后在保護(hù)氣的保護(hù)下，試樣表面發(fā)生激光熔覆。試樣表面完全發(fā)生完激光熔覆反應(yīng)后，將激光關(guān)閉，再過(guò)一秒鐘以后將保護(hù)氣關(guān)閉，后關(guān)閉保護(hù)氣的原因是為了是使保護(hù)氣對(duì)試樣表面進(jìn)行充分的保護(hù)。激光熔覆后，試樣表面硬度可以達(dá)到1150-1300 HV0.2；激光熔覆層的磨損體積為TA2基體的1/4。本實(shí)施例中的其他部分采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。實(shí)施例3在長(zhǎng)度為30臟、寬度為10mm、厚度為9mm的長(zhǎng)方形TA2鈦合金表面上，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86%的Fe3Al粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相混合粉末激光熔覆在鈦合金表面，所述Fe3Al粉的粒度為10 300目，TiC-TiB2粉末的粒度為10 300目，所述的TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例可采用任何比例，但TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例最好為1:1。具體工藝步驟如下(I)在激光熔覆之前，用240號(hào)砂紙打磨TA2鈦合金待激光熔覆的表面，使其表面粗糙度達(dá)到Ra 6. 4 μ m ;然后用體積百分比為10%硫酸水溶液對(duì)待激光熔覆表面進(jìn)行清洗，酸洗時(shí)間為5 IOmin ;酸洗后，用清水沖洗、用酒精將待熔工件表面擦拭干凈、吹干。(2)用玻璃試管配置20毫升的水玻璃溶液，該水玻璃溶液中的純水玻璃與水的體積配置比例為1:3，即量取5毫升的純水玻璃和15毫升的水，在玻璃試管內(nèi)攪拌均勻。(3)在天平上稱取Fe3Al粉末O. 86克，TiC-TiB2粉末O. 14克，將混合粉末倒入小燒杯中，滴入3-4滴已配置好的水玻璃溶液，用玻璃棒均勻攪拌成糊狀。(4)用玻璃棒將糊狀混合物均勻涂敷在鈦合金待熔表面，自然風(fēng)干。涂層厚度為
O.4 L 3 mm。(5)用激光束對(duì)預(yù) 涂Fe3Al和TiC-TiB2混合物粉末的鈦合金表面進(jìn)行激光熔覆，激光束垂直掃描并在掃描過(guò)程中側(cè)向吹送IS氣保護(hù)，同時(shí)同軸吹送IS氣以保護(hù)鏡筒，工藝參數(shù)為激光功率1. 5 kff,掃描速度5mm/s，光斑直徑5mm，氬氣保護(hù)氣壓為O. 3MPa。具體步驟是將晾干的試樣放置在正對(duì)著激光發(fā)射口的位置，將保護(hù)氣口正對(duì)激光熔覆前的鈦合金涂層表面。位置調(diào)整好之后，用激光器上平行調(diào)節(jié)試樣位置的扳手將試樣與激光器發(fā)射口拉開一定的距離，然后盡快讓試樣向激光噴口以5 mm/s速度勻速運(yùn)動(dòng)。在試樣將要運(yùn)動(dòng)到保護(hù)氣口時(shí)，提前開啟保護(hù)氣。當(dāng)試樣將要運(yùn)動(dòng)到激光發(fā)射口時(shí)，提前開啟激光發(fā)射器。隨后在保護(hù)氣的保護(hù)下，試樣表面發(fā)生激光熔覆。試樣表面完全發(fā)生完激光熔覆反應(yīng)后，將激光關(guān)閉，再過(guò)一秒鐘以后將保護(hù)氣關(guān)閉，后關(guān)閉保護(hù)氣的原因是為了是使保護(hù)氣對(duì)試樣表面進(jìn)行充分的保護(hù)。激光熔覆后，試樣表面硬度可以達(dá)到1350-1400 HV0.2；激光熔覆層的磨損體積為TA2基體的1/6。本實(shí)施例中的其他部分采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。實(shí)施例4在長(zhǎng)度和寬度均為40mm，厚度為IOmm的TA2鈦合金平板上，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的Fe3Al粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的TiC-TiB2混合粉末激光熔覆在鈦合金表面，所述Fe3Al粉的粒度為10 300目，TiC-TiB2粉末的粒度為10 300目，所述的TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例可采用任何比例，但TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例最好為1:1。具體工藝步驟如下(I)激光熔覆前在TA2鈦合金用240號(hào)砂紙打磨待熔表面，使其表面粗糙度達(dá)到Ra 2. 6 μ m ;然后用體積百分比為10% 15%鹽酸水溶液對(duì)待熔覆工件表面的清洗，酸洗時(shí)間為5 IOmin ;酸洗后，用清水沖洗、用酒精將待熔工件表面擦拭干凈、吹干。
(2)用玻璃試管配置20毫升的水玻璃溶液，該水玻璃溶液中的純水玻璃與水的體積配置比例為1:3。(3)在天平上稱取Fe3Al粉O. 85克，TiC-TiB2粉末O. 15克。將混合粉末倒入小燒杯中，滴入3-4滴已配置好的水玻璃溶液，用玻璃棒均勻攪拌成糊狀。(4)用玻璃棒將糊狀混合物均勻涂敷在合金待熔表面，自然風(fēng)干。涂層厚度為
O.4 L 3 mm。(5)用激光束對(duì)預(yù)涂Fe3Al和TiC-TiB2混合物粉末的鈦合金表面進(jìn)行激光熔覆，激光束垂直掃描并在掃描過(guò)程中側(cè)向吹送IS氣保護(hù)，同時(shí)同軸吹送IS氣以保護(hù)鏡筒，工藝參數(shù)為激光功率1. 4 kff,掃描速度7. 5mm/s，光斑直徑4mm，氬氣保護(hù)氣壓為O. 3MPa。具體步驟是將晾干的試樣放置在正對(duì)著激光發(fā)射口，將保護(hù)氣口正對(duì)激光熔覆前的鈦合金涂層表面。位置調(diào)整好之后，位置調(diào)整好之后，用激光器上平行調(diào)節(jié)試樣位置的扳手將試樣與激光器噴口拉開一定距離，然后盡快讓試樣向激光噴口方向以7. 5 mm/s速度勻速運(yùn)動(dòng)。在試樣將要運(yùn)動(dòng)到保護(hù)氣口時(shí)，提前開啟保護(hù)氣。試樣將要運(yùn)動(dòng)到激光噴口時(shí)，提前開啟激光發(fā)射器。隨后在保護(hù)氣的保護(hù)下，試樣表面發(fā)生激光熔覆。試樣表面激光熔覆完全發(fā)生后，將激光關(guān)閉，一秒鐘后將保護(hù)氣體關(guān)閉。激光熔覆后，試樣表面硬度可以達(dá)到1350-1400HVa2。激光熔覆層的磨損體積為TA2基體的1/6。本實(shí)施例中的其他部分采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。實(shí)施例5 在長(zhǎng)度和寬度均為40mm，厚度為IOmm的TA2鈦合金平板上，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64%的Fe3Al粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的TiC-TiB2混合粉末激光熔覆在鈦合金表面，所述Fe3Al粉的粒度為10 300目，TiC-TiB2粉末的粒度為10 300目，所述的TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例可采用任何比例，但TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例最好為1:1。具體工藝步驟如下(I)激光熔覆前在TA2鈦合金用240號(hào)砂紙打磨待熔表面，使其表面粗糙度達(dá)到Ra 2. 5 μ m ;然后用體積百分比為10% 15%鹽酸水溶液對(duì)待熔覆工件表面的清洗，酸洗時(shí)間為5 IOmin ;酸洗后，用清水沖洗、用酒精將待熔工件表面擦拭干凈、吹干。(2)用玻璃試管配置20毫升的水玻璃溶液，該水玻璃溶液中的純水玻璃與水的體積配置比例為1:3。(3)在天平上稱取Fe3Al粉O. 64克，TiC-TiB2粉末O. 36克。將混合粉末倒入小燒杯中，滴入3-4滴已配置好的水玻璃溶液，用玻璃棒均勻攪拌成糊狀。(4)用玻璃棒將糊狀混合物均勻涂敷在合金待熔表面，自然風(fēng)干。涂層厚度為
O.4 L 3 mm。(5)用激光束對(duì)預(yù)涂Fe3Al和TiC-TiB2混合物粉末的鈦合金表面進(jìn)行激光熔覆，激光束垂直掃描并在掃描過(guò)程中側(cè)向吹送IS氣保護(hù)，同時(shí)同軸吹送IS氣以保護(hù)鏡筒，工藝參數(shù)為激光功率1. 2kff,掃描速度5mm/s，光斑直徑2mm，氬氣保護(hù)氣壓為O. 3MPa。具體步驟是將晾干的試樣放置在正對(duì)著激光發(fā)射口，將保護(hù)氣口正對(duì)激光熔覆前的鈦合金涂層表面。位置調(diào)整好之后，位置調(diào)整好之后，用激光器上平行調(diào)節(jié)試樣位置的扳手將試樣與激光器噴口拉開一定距離，然后盡快讓試樣向激光噴口方向以5 mm/s速度勻速運(yùn)動(dòng)。在試樣將要運(yùn)動(dòng)到保護(hù)氣口時(shí)，提前開啟保護(hù)氣。試樣將要運(yùn)動(dòng)到激光噴口時(shí)，提前開啟激光發(fā)射器。隨后在保護(hù)氣的保護(hù)下，試樣表面發(fā)生激光熔覆。試樣表面激光熔覆完全發(fā)生后，將激光關(guān)閉，一秒鐘后將保護(hù)氣體關(guān)閉。激光熔覆后，試樣表面硬度可以達(dá)到1150-1300 HV0.20激光熔覆層的磨損體積為TA2基體的1/4。本實(shí)施例中的其他部分采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。實(shí)施例6在長(zhǎng)度和寬度均為40mm，厚度為IOmm的TA2鈦合金平板上，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的Fe3Al粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的TiC-TiB2混合粉末激光熔覆在鈦合金表面，所述Fe3Al粉的粒度為10 300目，TiC-TiB2粉末的粒度為10 300目，所述的TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例可采用任何比例，但TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例最好為1:1。具體工藝步驟如下(I)激光熔覆前在TA2鈦合金用240號(hào)砂紙打磨待熔表面，使其表面粗糙度達(dá)到Ra 2. 6 μ m ;然后用體積百分比為10% 15%鹽酸水溶液對(duì)待熔覆工件表面的清洗，酸洗時(shí)間為5 IOmin ;酸洗后，用清水沖洗、用酒精將待熔工件表面擦拭干凈、吹干。(2)用玻璃試管配置20毫升的水玻璃溶液，該水玻璃溶液中的純水玻璃與水的體積配置比例為1:3。(3)在天平上稱取Fe3Al粉O. 8克，TiC-TiB2粉末O. 2克。將混合粉末倒入小燒杯中，滴入3-4滴已配置好的水玻璃溶液，用玻璃棒均勻攪拌成糊狀。(4)用玻璃棒將糊狀混合物均勻涂敷在合金待熔表面，自然風(fēng)干。涂層厚度為
O.4 L 3 mm。(5)用激光束對(duì)預(yù)涂Fe`3Al和TiC-TiB2混合物粉末的鈦合金表面進(jìn)行激光熔覆，激光束垂直掃描并在掃描過(guò)程中側(cè)向吹送IS氣保護(hù)，同時(shí)同軸吹送IS氣以保護(hù)鏡筒，工藝參數(shù)為激光功率1. 2kff,掃描速度6mm/s，光斑直徑4mm，氬氣保護(hù)氣壓為O. 3MPa。具體步驟是將晾干的試樣放置在正對(duì)著激光發(fā)射口，將保護(hù)氣口正對(duì)激光熔覆前的鈦合金涂層表面。位置調(diào)整好之后，位置調(diào)整好之后，用激光器上平行調(diào)節(jié)試樣位置的扳手將試樣與激光器噴口拉開一定距離，然后盡快讓試樣向激光噴口方向以6 mm/s速度勻速運(yùn)動(dòng)。在試樣將要運(yùn)動(dòng)到保護(hù)氣口時(shí)，提前開啟保護(hù)氣。試樣將要運(yùn)動(dòng)到激光噴口時(shí)，提前開啟激光發(fā)射器。隨后在保護(hù)氣的保護(hù)下，試樣表面發(fā)生激光熔覆。試樣表面激光熔覆完全發(fā)生后，將激光關(guān)閉，一秒鐘后將保護(hù)氣體關(guān)閉。激光熔覆后，試樣表面硬度可以達(dá)到1350-1400 HV0.2；激光熔覆層的磨損體積為TA2基體的1/6。本實(shí)施例中的其他部分采用現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種用于鈦合金表面激光熔覆的材料，其特征是它是由Fe3Al粉末和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相粉末按比例混合而成，其質(zhì)量比為=Fe3Al粉占63% 86%，TiC_TiB2粉末占14% 37%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈦合金表面激光熔覆的材料，其特征是所述的TiC-TiB2粉末中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例為1:1。
3.一種鈦合金表面激光熔覆方法，其特征是包括如下步驟 (1)清理鈦合金表面,并拭凈、吹干； (2)用水玻璃溶液將Fe3Al粉末和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相粉末按比例混合均勻調(diào)成糊狀，所述Fe3Al粉末和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相粉末的質(zhì)量比為=Fe3Al粉占63% 86%，TiC-TiB2粉末占14% 37% ； (3)將上述的糊狀混合物粉末涂敷在鈦合金基體表面上，自然風(fēng)干； (4)用激光束對(duì)預(yù)涂Fe3Al和TiC-TiB2混合物粉末的鈦合金表面進(jìn)行激光熔覆，激光束垂直掃描并在掃描過(guò)程中側(cè)向吹送氬氣保護(hù)，同時(shí)同軸吹送氬氣以保護(hù)鏡筒，工藝參數(shù)為激光功率O. 9-1. 5 kff,掃描速度2. 5 7. 5 mm/s，光斑直徑2 6 mm,氬氣保護(hù)氣壓為 O. 3MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金表面激光熔覆方法，其特征是所述步驟(3)中的涂層厚度為O. 4 1. 3 mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金表面激光熔覆方法，其特征是所述的TiC-TiB2粉末中的TiC和TiB2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例為1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的鈦合金表面激光熔覆方法，其特征是所述Fe3Al粉的粒度為10目-300目，TiC-TiB2粉末的粒度為10目-300目。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的鈦合金表面激光熔覆方法，其特征是所述水玻璃溶液中的純水玻璃與水的體積配置比例為1 :3。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的鈦合金表面激光熔覆方法，其特征是所述步驟(I)中的清理鈦合金表面包括先進(jìn)行機(jī)械清理然后進(jìn)行化學(xué)清理，所述機(jī)械清理是用金相砂紙打磨鈦合金的待熔表面，使其表面粗糙度達(dá)到Ra1. 6 6. 4 μ m ;所述化學(xué)清理是采用體積百分比為10%的硫酸或10% 15%鹽酸水溶液對(duì)鈦合金待熔表面進(jìn)行清洗，酸洗時(shí)間為5 。10 min0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鈦合金表面激光熔覆的材料及激光熔覆方法，屬于材料表面強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域。用于鈦合金表面激光熔覆的材料，它是由Fe3Al粉末和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相粉末按比例混合而成，其質(zhì)量比為Fe3Al粉占63%～86%，TiC-TiB2粉末占14%～37%。本發(fā)明通過(guò)在鈦合金表面激光熔覆Fe3Al和TiC-TiB2陶瓷硬質(zhì)相能夠獲得硬度和耐磨性顯著提高的鈦合金表面強(qiáng)化涂層，而且可將生產(chǎn)成本降低30%～40%。
文檔編號(hào)C23C24/10GK103060800SQ201310030939
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者劉鵬, 李嘉寧, 李士凱, 張?jiān)?申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)