用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層及其制備方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層及其制備方法，該方法將混合合金粉末和粘結(jié)劑混合后涂覆于鈦合金表面，形成預(yù)鋪涂層，所述混合合金粉末包括：59wt％～62wt％鎳；18.5wt％～21wt％鉻；5wt％～8wt％硼；6.5wt％～10wt％硅；和3wt％～7wt％六方氮化硼；采用激光束輻照所述預(yù)鋪涂層，得到所述自潤滑耐磨復(fù)合涂層。所述混合合金粉末包括上述含量的鎳、鉻、硼和硅，能起到優(yōu)異的抗磨作用；并且其包括適量h-BN，能減輕涂層自身及其與對偶件的摩擦磨損，顯著提高鈦合金的高溫耐磨壽命。本申請采用激光熔覆技術(shù)，使涂層組織細小致密且與鈦合金基體結(jié)合牢固，顯著提高鈦合金的綜合力學性能。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及鈦合金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂 層及其制備方法。 用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層及其制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金具有密度低、比強度高、屈強比高、耐蝕性優(yōu)異和生物相容性好等突出優(yōu) 點，并且與鋁合金相比，其高溫力學性能優(yōu)異，因此，在航空航天、船舶、兵器、海洋、石油、化 工和生物醫(yī)學工程等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。但是，鈦合金也存在摩擦系數(shù)大、易粘著、不 易潤滑、耐磨性差和高溫抗氧化性能差等缺點，這對其應(yīng)用范圍在一定程度上有所限制，尤 其是嚴重制約了鈦合金作為高溫摩擦副運動零部件，比如作為航空發(fā)動機的渦輪葉片和排 氣閥等的使用。
[0003] 由于磨損起源于材料或零部件的表面，那么，采用合適的表面工程手段，在鈦合金 表面制備高硬度且耐磨性好的涂層來改善其磨損問題，這無疑具有較高的經(jīng)濟性和可行 性，不僅可以拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域和環(huán)境，如核能、軍工和冶金等領(lǐng)域，或者高速、高溫和重載等 環(huán)境，而且可以有效提高材料或零部件的使用壽命，利于節(jié)約成本和環(huán)境保護。目前，大多 數(shù)鈦合金表面的涂層如NiCrBSi合金涂層可以提高其硬度和耐磨性能。
[0004] 但是，傳統(tǒng)的復(fù)合涂層材料只是單一的提高鈦合金表面的硬度及耐磨性能，而沒 有起到減摩（或者稱為摩擦相容、自潤滑）作用，并且在很多情況下加劇了對偶件的磨損， 這對鈦合金的應(yīng)用仍有不利的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層及其制備方 法，本申請?zhí)峁┑淖詽櫥湍?fù)合涂層能提高鈦合金表面的高溫耐磨和減摩性能，利于拓 寬其應(yīng)用范圍。
[0006] 本申請?zhí)峁┮环N用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層，由混合合金粉末在鈦合 金表面經(jīng)激光熔覆制得，所述混合合金粉末包括：
[0007] 59wt% ?62wt% 的鎮(zhèn)；
[0008] 18. 5wt% ?21wt% 的絡(luò)；
[0009] 5wt % ?8wt % 的硼；
[0010] 6. 5wt% ?10wt% 的娃；和
[0011] 3wt%?7wt%的六方氮化硼。
[0012] 優(yōu)選的，所述混合合金粉末包括60wt %的鎳。
[0013] 優(yōu)選的，所述混合合金粉末包括4wt %?6wt %的六方氮化硼。
[0014] 優(yōu)選的，所述六方氮化硼的粒度為0. 2 μ m?1. 5 μ m。
[0015] 優(yōu)選的，所述鈦合金表面為Ti6A14V鈦合金表面。
[0016] 本申請?zhí)峁┮环N用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步 驟：
[0017] 將混合合金粉末和粘結(jié)劑混合后涂覆于鈦合金表面，形成預(yù)鋪涂層，所述混合合 金粉末包括：
[0018] 59wt % ?62wt % 的鎮(zhèn)；
[0019] 18. 5wt% ?21wt% 的絡(luò)；
[0020] 5wt % ?8wt % 的硼；
[0021] 6. 5wt% ?10wt% 的娃；和
[0022] 3wt%?7wt%的六方氮化硼；
[0023] 采用激光束輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層。
[0024] 優(yōu)選的，所述激光束的功率為1200W?1500W ;所述激光束的掃描速度為2mm/s? 6mm/s ;所述激光束的尺寸為4mm(長）X3mm(寬）。
[0025] 優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為甲基纖維素。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請?zhí)峁┑淖詽櫥湍?fù)合涂層用于鈦合金表面，其由混合 合金粉末通過激光烙覆制得，所述混合合金粉末包括：59wt %?62wt %的鎳；18. 5wt %? 21wt%的鉻；5wt%?8wt%的硼；6. 5wt%?10wt%的娃；和3wt%?7wt%的六方氮化硼。 在本申請中，所述混合合金粉末包括上述特定含量的鎳、鉻、硼和硅，具有很高的強度、硬度 和熔點及極好的熱穩(wěn)定性，可作為耐磨涂層材料的增強相，起到優(yōu)異的抗磨作用；并且，所 述混合合金粉末包括3wt%?7wt%的六方氮化硼，適量的六方氮化硼可作為所述耐磨涂 層材料的潤滑相，有效地減輕涂層自身及其與對偶件的摩擦磨損，從而大幅度提高鈦合金 的高溫耐磨壽命。另外，相比銀等貴金屬，六方氮化硼價格便宜，性價比高。
[0027] 本申請還提供了一種用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其采用 激光熔覆技術(shù)，將上述混合合金粉末在鈦合金表面上制成了自潤滑耐磨復(fù)合涂層。在本申 請中，金屬激光熔覆技術(shù)具有能量輸入密度高、加熱和冷卻速度快，稀釋率低和熱變形小等 突出特點，可以獲得組織細小致密、且與鈦合金基體呈牢固冶金結(jié)合的涂層材料，從而顯著 提高鈦合金材料的綜合力學性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0029] 圖1為六方氮化硼粉末的電鏡照片；
[0030] 圖2為本申請實施例5提供的Ni60-5 % h-BN混合合金粉末的電鏡照片；
[0031] 圖3為本申請實施例5、比較例1提供的涂層和鈦合金基體表面的顯微硬度曲線；
[0032] 圖4為本申請實施例5、比較例1提供的涂層和鈦合金基體表面在不同溫度下的摩 擦系數(shù)；
[0033] 圖5為本申請實施例5、比較例1提供的涂層和鈦合金基體表面在不同溫度下的磨 損率；
[0034] 圖6為磨損后鈦合金基體表面的電鏡照片；
[0035] 圖7為本申請實施例5提供的涂層磨損后的電鏡照片。

【具體實施方式】
[0036] 下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本申請保護的范圍。
[0037] 本申請?zhí)峁┝艘环N用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層，由混合合金粉末在鈦 合金表面經(jīng)激光熔覆制得，所述混合合金粉末包括：
[0038] 59wt% ?62wt% 的鎮(zhèn)；
[0039] 18. 5wt% ?21wt% 的絡(luò)；
[0040] 5wt % ?8wt % 的硼；
[0041] 6. 5wt% ?10wt% 的娃；和
[0042] 3wt %?7wt %的六方氮化硼。
[0043] 為克服傳統(tǒng)的復(fù)合涂層材料存在的缺點，本申請?zhí)峁┝艘环N鈦合金表面自潤滑耐 磨復(fù)合涂層材料，旨在提高鈦合金表面的高溫耐磨減摩性能，從而拓寬鈦合金如Ti6A14V 等的應(yīng)用領(lǐng)域范圍，延長零部件的服役壽命，利于節(jié)約成本和保護環(huán)境。
[0044] 本申請?zhí)峁┑淖詽櫥湍?fù)合涂層用于鈦合金表面，其由包括鎳、鉻、硼、硅和六 方氮化硼的混合合金粉末在鈦合金表面，利用激光熔覆方法制得。所述鈦合金為本領(lǐng)域 技術(shù)人員熟知的合金材料，本申請優(yōu)選在Ti6A14V鈦合金表面應(yīng)用所述自潤滑耐磨復(fù)合涂 層。
[0045] 在本申請中，制備所述自潤滑耐磨復(fù)合涂層的混合合金粉末包括59wt%? 62wt %的鎳（Ni)，優(yōu)選包括60wt %的鎳。所述鎳的粒度優(yōu)選為15 μ m?45 μ m，更優(yōu)選為 20 μ m ~ 40 μ m。
[0046] 所述混合合金粉末包括18. 5wt%?21wt%的鉻（Cr)，優(yōu)選包括19wt%?20wt% 的鉻。所述鉻的粒度優(yōu)選為15 μ m?45 μ m，更優(yōu)選為20 μ m?40 μ m。
[0047] 所述混合合金粉末包括5wt %?8wt %的硼（B)，優(yōu)選包括6wt %?7wt %的硼，更 優(yōu)選包括6. 5wt %的硼。所述硼的粒度優(yōu)選為15 μ m?45 μ m，更優(yōu)選為20 μ m?40 μ m。
[0048] 所述混合合金粉末包括6. 5wt %?lOwt %的娃（Si)，優(yōu)選包括8wt %?9wt %的 娃，更優(yōu)選包括8. 5wt %的娃。所述娃的粒度優(yōu)選為15 μ m?45 μ m，更優(yōu)選為20 μ m? 40 μ m〇
[0049] 除上述這些元素之外，所述混合合金粉末優(yōu)選還包括雜質(zhì)元素，如C、Fe和Co等元 素中的一種或多種。在本申請的一個實施例中，所述混合合金粉末包括Ni60合金粉末。
[0050] 在本申請中，所述混合合金粉末包括上述特定含量的鎳、鉻、硼和硅，具有很高的 強度、硬度和熔點及極好的熱穩(wěn)定性，可作為耐磨涂層材料的增強相，起到優(yōu)異的抗磨作 用。
[0051] 并且，所述混合合金粉末包括3wt %?7wt %的六方氮化硼（h-BN)，優(yōu)選包括 4wt %?6wt %的六方氮化硼，更優(yōu)選包括5 %的六方氮化硼。所述六方氮化硼的粒度優(yōu)選 為0. 2μηι?1.5μηι，更優(yōu)選為0. 5μηι?1.2μηι。在本申請的一個實施例中，所述混合合 金粉末包括60wt%的鎳、20wt%的鉻、6. 5wt%的硼、8. 5wt%的娃和5wt%的六方氮化硼， 效果較好。
[0052] 六方氮化硼俗稱白石墨，密度為2. 27g/cm3,是一種高性能的無機陶瓷粉末，其粉 末形貌可參見圖1，圖1為六方氮化硼粉末的電鏡照片。六方氮化硼具有層狀結(jié)構(gòu)，其晶體 為六方晶系，由于其層與層之間的范德華力較小，剪切力較小，因此六方氮化硼具有較低的 摩擦系數(shù)，能起到很好的減摩作用。同時，六方氮化硼還具有良好的化學穩(wěn)定性和高導熱性 能等特點，尤其高溫潤滑性好，能耐高溫2000°C。
[0053] 本申請在所述混合合金粉末中加入適量的六方氮化硼，其可作為所述耐磨涂層材 料的潤滑相，有效地減輕涂層自身及其與對偶件的摩擦磨損，從而大幅度提高鈦合金的高 溫耐磨壽命。另外，六方氮化硼相比銀等貴金屬價格便宜，性價比高。
[0054] 本申請對所述混合合金粉末的來源沒有特殊限制，優(yōu)選按照上述質(zhì)量分數(shù)，將鎳、 鉻、硼、硅和六方氮化硼用機械球磨法混合，然后烘干，得到混合合金粉末。
[0055] 本申請所述自潤滑耐磨復(fù)合涂層以上述混合合金粉末為原料，采用激光熔覆的方 法制得。在本申請中，金屬激光熔覆技術(shù)具有能量輸入密度高、加熱和冷卻速度快，稀釋率 低和熱變形小等突出特點，可以獲得組織細小致密、且與鈦合金基體呈牢固冶金結(jié)合的涂 層材料，從而顯著提高鈦合金材料的綜合力學性能。
[0056] 相應(yīng)的，本申請?zhí)峁┝艘环N用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層的制備方法， 包括以下步驟：
[0057] 將混合合金粉末和粘結(jié)劑混合后涂覆于鈦合金表面，形成預(yù)鋪涂層，所述混合合 金粉末包括：
[0058] 59wt% ?62wt% 的鎮(zhèn)；
[0059] 18. 5wt% ?21wt% 的絡(luò)；
[0060] 5wt % ?8wt % 的硼；
[0061] 6. 5wt% ?10wt% 的娃；和
[0062] 3wt%?7wt%的六方氮化硼；
[0063] 采用激光束輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層。 [0064] 本申請利用激光熔覆技術(shù)，添加六方氮化硼（h-BN)，制備得到一種從室溫到 600°C的寬廣溫度范圍內(nèi)具有良好自潤滑性能的自潤滑耐磨復(fù)合涂層材料，將其在鈦合金 如Ti6A14V等表面應(yīng)用，能提高鈦合金表面的高溫耐磨減摩性能，從而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域范 圍，延長零部件的服役壽命，利于節(jié)約成本和環(huán)保。
[0065] 本申請實施例首先用粘合劑，與混合合金粉末混合，調(diào)和成糊狀混合物；然后在 鈦合金表面進行涂覆，并烘干，形成預(yù)鋪涂層；所述混合合金粉末包括：59wt%?62wt%的 鎮(zhèn)；18. 5wt% ?21wt% 的絡(luò)；5wt% ?8wt% 的硼；6. 5wt% ?10wt% 的娃；和 3wt% ?7wt% 的六方氮化硼。
[0066] 在本申請中，所述混合合金粉末的組分內(nèi)容與上文所述的組分內(nèi)容一致，在此不 再贅述。本申請對所述混合合金粉末的來源沒有特殊限制，優(yōu)選按照上述質(zhì)量分數(shù)，將鎳、 鉻、硼、硅和六方氮化硼用機械球磨法混合，然后烘干，得到混合合金粉末。
[0067] 在本申請中，所述粘結(jié)劑的作用在于，將所述混合合金粉末粘結(jié)在鈦合金表面。本 申請對所述粘結(jié)劑的種類沒有特殊限制，優(yōu)選為甲基纖維素。本申請以鈦合金表面為涂層 的基體表面，其優(yōu)選為Ti6A14V鈦合金表面。
[0068] 本申請優(yōu)選將粘結(jié)劑溶于有機溶劑中，得到粘結(jié)劑溶液，所述有機溶劑包括但不 限于醚類溶劑和醇類溶劑，優(yōu)選為乙醚。然后，本申請實施例向所述粘結(jié)劑溶液中加入所述 混合合金粉末，攪拌調(diào)和成糊狀，在鈦合金表面涂覆，烘干后得到預(yù)鋪涂層。本申請對所述 粘結(jié)劑及有機溶劑的用量沒有特殊限制，能調(diào)和成糊狀即可。本申請對所述涂覆的方法沒 有特殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的刮涂方式即可。本申請對所述烘干的方法沒有特 殊限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法即可。
[0069] 得到預(yù)鋪涂層后，本申請采用激光束輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的 自潤滑耐磨復(fù)合涂層。
[0070] 在本申請中，所述激光束的功率優(yōu)選為1. 2kW?1. 5kW ;所述激光束的長度優(yōu)選 為3mm?8mm，更優(yōu)選為4mm?6mm ;所述激光束的寬度優(yōu)選為1mm?5mm，更優(yōu)選為2mm? 3mm ;在本申請的一個實施例中，所述激光束的尺寸或者大小為4mm(長）X3mm(寬）。
[0071] 所述激光束的掃描速度優(yōu)選為2mm/s?6mm/s，更優(yōu)選為3mm/s?5mm/s ;在本申 請的一個實施例中，激光發(fā)生器為德國DLS-980. 10-3000C半導體激光器。在本申請中，可 以根據(jù)涂層所需面積大小，采用單道激光掃描或者多道搭接激光掃描的方式進行輻照。
[0072] 得到自潤滑耐磨復(fù)合涂層后，本申請采用MH-5顯微硬度計，對所述涂層的顯微硬 度進行測試，測試條件為：加載載荷為200g，測試時間為15s。本申請分別在20°C、300°C、 600°C條件下，對所述涂層進行摩擦、磨損性能測試，其中，磨損試驗參數(shù)分別為：
[0073] 載荷：500g ;
[0074] 磨損時間：30min ;
[0075] 磨損半徑：1.5mm;
[0076] 磨損線速度：13. 56mm/min ;
[0077] 對磨件：氮化硅陶瓷球，半徑為2mm，硬度為16GPa。
[0078] 實驗結(jié)果顯示，與鈦合金表面、未添加六方氮化硼的耐磨涂層相比，本申請?zhí)峁┑?自潤滑耐磨復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)小，磨損率低。
[0079] 綜上，本申請采用激光熔覆，添加適量的六方氮化硼，制得的自潤滑耐磨復(fù)合涂層 在室溫到600°C的范圍內(nèi)具有優(yōu)異的減摩耐磨性能。通過對鈦合金基體進行所述自潤滑 耐磨復(fù)合涂層的表面改性，可以有效提高鈦合金基體在高溫下的摩擦學性能，從而延長鈦 合金運動副零部件的服役壽命，并能拓寬鈦合金作為運動副零部件在高溫服役環(huán)境下的應(yīng) 用。
[0080] 為了進一步說明本申請，下面結(jié)合實施例對本申請?zhí)峁┑挠糜阝伜辖鸨砻娴淖詽?滑耐磨復(fù)合涂層及其制備方法進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本申請保護范圍的 限定。
[0081] 以下實施例中，激光發(fā)射器為德國DLS-980. 10-3000C半導體激光器。
[0082] 實施例1
[0083] 將60wt %粒度為15 μ m?45 μ m的鎮(zhèn)、20wt %粒度為15 μ m?45 μ m的絡(luò)、 6. 5wt%粒度為15 μ m?45 μ m的硼、8. 5wt%粒度為15 μ m?45 μ m的娃和5wt%的粒度為 0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用機械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末；
[0084] 將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末調(diào)和成糊狀，在Ti6A14V鈦 合金表面涂覆，烘干后得到預(yù)鋪涂層；
[0085] 采用功率為1. 2kW的激光束掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的自潤 滑耐磨復(fù)合涂層；其中，所述激光束的大小為長4mm、寬3mm，掃描速度為2mm/s。
[0086] 實施例2
[0087] 將60wt %粒度為15 μ m?45 μ m的鎮(zhèn)、20wt %粒度為15 μ m?45 μ m的絡(luò)、 6. 5wt%粒度為15 μ m?45 μ m的硼、8. 5wt%粒度為15 μ m?45 μ m的娃和5wt%的粒度為 0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用機械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末；
[0088] 將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末調(diào)和成糊狀，在Ti6A14V鈦 合金表面涂覆，烘干后得到預(yù)鋪涂層；
[0089] 采用功率為1. 2kW的激光束掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的自潤 滑耐磨復(fù)合涂層；其中，所述激光束的大小為長4mm、寬3mm，掃描速度為3mm/s。
[0090] 實施例3
[0091] 將60wt %粒度為15 μ m?45 μ m的鎮(zhèn)、20wt %粒度為15 μ m?45 μ m的絡(luò)、 6. 5wt%粒度為15 μ m?45 μ m的硼、8. 5wt%粒度為15 μ m?45 μ m的娃和5wt%的粒度為 0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用機械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末；
[0092] 將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末調(diào)和成糊狀，在Ti6A14V鈦 合金表面涂覆，烘干后得到預(yù)鋪涂層；
[0093] 采用功率為1. 5kW的激光束掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的自潤 滑耐磨復(fù)合涂層；其中，所述激光束的大小為長4mm、寬3mm，掃描速度為5mm/s。
[0094] 實施例4
[0095] 將60wt %粒度為15 μ m?45 μ m的鎮(zhèn)、20wt %粒度為15 μ m?45 μ m的絡(luò)、 6. 5wt%粒度為15 μ m?45 μ m的硼、8. 5wt%粒度為15 μ m?45 μ m的娃和5wt%的粒度為 0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用機械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末；
[0096] 將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末調(diào)和成糊狀，在Ti6A14V鈦 合金表面涂覆，烘干后得到預(yù)鋪涂層；
[0097] 采用功率為1. 5kW的激光束掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的自潤 滑耐磨復(fù)合涂層；其中，所述激光束的大小為長4mm、寬3mm，掃描速度為6mm/s。
[0098] 實施例5
[0099] 將95wt %粒度為15 μ m?45 μ m的Ni60合金粉末和5wt %的粒度為0· 2 μ m? 1. 5 μ m的六方氮化硼，采用機械球磨法混合并烘干后，得到混合合金粉末，即Ni60-5 % h-BN混合合金粉末，其形貌如圖2所示，圖2為本申請實施例5提供的Ni60-5% h-BN混合 合金粉末的電鏡照片。所述Ni60合金粉末由北京礦冶研究總院金屬材料研究所提供，其 中，各成分的質(zhì)量分數(shù)為：CO. 9%、B3. 3%、Si4. 5%、Crl6%、Fe彡8. 0、Ni其余。
[0100] 將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末調(diào)和成糊狀，在Ti6A14V鈦 合金表面涂覆，烘干后得到預(yù)鋪涂層；
[0101] 采用功率為1. 4kW的激光束掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的自潤 滑耐磨復(fù)合涂層（稱為Ni60-5%h-BN涂層）；其中，所述激光束的大小為長4mm、寬3mm，掃 描速度為4mm/s。
[0102] 按照上文所述的方法，對所述涂層和鈦合金基體表面的顯微硬度進行測試。結(jié)果 參見圖3,圖3為本申請實施例5、比較例1提供的涂層和鈦合金基體表面的顯微硬度曲線。
[0103] 按照上文所述的方法，對所述涂層和鈦合金基體表面進行摩擦、磨損性能測試。結(jié) 果參見圖4和圖5,圖4為本申請實施例5、比較例1提供的涂層和鈦合金基體表面在不同 溫度下的摩擦系數(shù)，圖5為本申請實施例5、比較例1提供的涂層和鈦合金基體表面在不同 溫度下的磨損率。
[0104] 600°C的磨損測試后，本實施例采用掃描電鏡，觀察所述涂層和鈦合金基體表面的 磨損形貌。結(jié)果參見圖6和圖7,圖6為磨損后鈦合金基體表面的電鏡照片，圖7為本申請 實施例5提供的涂層磨損后的電鏡照片。
[0105] 從圖6可見，鈦合金磨損表面有犁溝和少量的磨屑，根據(jù)磨屑的EDS結(jié)果分析，磨 屑中含有氧元素，說明在600°C時，鈦合金的磨損機理是磨粒磨損和氧化磨損。從圖7可見， Ni60-5 % h-BN涂層磨損表面比鈦合金的磨損表面較光滑，在其磨損表面有一些磨屑和少 量的較淺的凹坑，根據(jù)磨屑的EDS結(jié)果分析，磨屑中含有氧元素，說明在600°C時，Ni60-5% h-BN涂層的磨損機理是氧化磨損和粘著磨損。
[0106] 比較例1
[0107] 將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入粒度為15 μ m?45 μ m的Ni60合金粉末（來源、 成分與實施例5相同），調(diào)和成糊狀，在Ti6A14V鈦合金表面涂覆，烘干后得到預(yù)鋪涂層；
[0108] 采用功率為1. 4kW的激光束掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的耐磨 涂層（稱為Ni60涂層）；其中，所述激光束的大小為長4mm、寬3mm，掃描速度為4mm/s。
[0109] 按照上文所述的方法，對所述涂層的顯微硬度進行測試，結(jié)果參見圖3。由圖3可 知，Ti6A14V鈦合金表面、Ni60涂層和Ni60-5% h-BN涂層的平均顯微硬度分別為360HVa2、 1005. 23HVa2和1013. 75HVa2，兩個涂層的顯微硬度大約是鈦合金基體的3倍，表明這兩個 涂層均具有較好的耐磨性能，Ni60-5% h-BN涂層的平均顯微硬度略高。
[0110] 按照上文所述的方法，對所述涂層進行摩擦、磨損性能測試，結(jié)果參見圖4和圖5。 從圖4可以明顯看出，在20°C、300°C和600°C下，Ti6A14V鈦合金表面的摩擦系數(shù)分別為 0· 301、0· 265 和 0· 222 ;Ni60 涂層的摩擦系數(shù)分別為 0· 283、0· 254 和 0· 21 ;Ni60-5% h-BN 涂層的摩擦系數(shù)分別為0. 244、0. 177和0. 148。結(jié)果表明，Ni60涂層與鈦合金表面的摩擦 系數(shù)沒有明顯的變化，因此Ni60涂層沒有減摩作用。Ni60-5% h-BN涂層的摩擦系數(shù)比鈦合 金表面明顯減少，因此Ni60-5% h-BN涂層在室溫到600°C范圍內(nèi)顯示了優(yōu)異的減摩作用。
[0111] 從圖5可以看出，在20°C、300°C和600°C下，Ti6A14V鈦合金表面的磨損率分別為 42. 3mm3/N. m、17. 2mm3/N. m和 9. 8mm3/N. m ;Ni60 涂層的磨損率分別為 2. 52mm3/N. m、3. 1 5mm3/ N. m 和 6. 54mm3/N. m ;Ni60_5 % h_BN 涂層的磨損率分別為 1. 13mm3/N. m、1. 19mm3/N. m 和 2. 25mm3/N.m。結(jié)果表明，兩種涂層的磨損率都低于鈦合金表面；其中，Ni60-5% h-BN涂層 在常溫到600°C時的磨損率均低于Ni60涂層的磨損率，而在常溫時Ni60-5% h-BN涂層的 自潤滑效果特別明顯。因此，Ni60-5% h-BN涂層從室溫到600°C的寬廣范圍內(nèi)都具有明顯 的減摩耐磨性能。
[0112] 比較例2
[0113] 將85wt%粒度為15μπι?45μπι的Ni60合金粉末（來源、成分與實施例5相同） 和15wt %的粒度為0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用機械球磨法混合并烘干后，得到混 合合金粉末。
[0114] 將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末調(diào)和成糊狀，在Ti6A14V鈦 合金表面涂覆，烘干后得到預(yù)鋪涂層；
[0115] 采用功率為1.4kW的激光束掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，激光熔覆時飛濺厲害，沒有 形成可以分析的涂層；其中，所述激光束的大小為長4_、寬3mm，掃描速度為4mm/s。
[0116] 比較例3
[0117] 將98wt%粒度為15μπι?45μπι的Ni60合金粉末（來源、成分與實施例5相同） 和2wt %的粒度為0. 2 μ m?1. 5 μ m的六方氮化硼，采用機械球磨法混合并烘干后，得到混 合合金粉末。
[0118] 將甲基纖維素溶解于乙醚中，加入所述混合合金粉末調(diào)和成糊狀，在Ti6A14V鈦 合金表面涂覆，烘干后得到預(yù)鋪涂層；
[0119] 采用功率為1. 4kW的激光束掃描輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的涂層 (稱為Ni60-2 % h-BN涂層）；其中，所述激光束的大小為長4mm、寬3mm，掃描速度為4mm/s。
[0120] 按照上文所述的方法，對所述涂層的顯微硬度和摩擦磨損性能進行測試。結(jié)果顯 示，Ni60-2%h-BN涂層與Ni60涂層的平均顯微硬度、摩擦系數(shù)和磨損率的結(jié)果沒有明顯區(qū) 別。
[0121] 由比較例2和3可知，添加過多的六方氮化硼，不能形成激光熔覆涂層；添加過少 的六方氮化硼，不會起到有利作用。這是因為h-BN與鈦合金基體的濕潤性差，潤濕角大，添 加量多時飛濺厲害，無法進入涂層，太少則無法起到其應(yīng)有的作用。
[0122] 由以上實施例可知，本申請?zhí)峁┑淖詽櫥湍?fù)合涂層用于鈦合金表面，其 由混合合金粉末通過激光烙覆制得，所述混合合金粉末包括：59wt %?62wt %的鎳； 18. 5wt% ?21wt% 的絡(luò)；5wt% ?8wt% 的硼；6. 5wt% ?10wt% 的娃；和 3wt% ?7wt% 的 六方氮化硼。本申請?zhí)砑舆m量的六方氮化硼，可作為所述耐磨涂層材料的潤滑相，有效地減 輕涂層自身及其與對偶件的摩擦磨損，從而大幅度提高鈦合金的高溫耐磨壽命。另外，相比 銀等貴金屬，六方氮化硼價格便宜，性價比高。
[0123] 并且，本申請采用激光熔覆技術(shù)，將上述混合合金粉末在鈦合金表面上制成了自 潤滑耐磨復(fù)合涂層。本申請?zhí)峁┑闹苽浞椒梢垣@得組織細小致密、且與鈦合金基體呈牢 固冶金結(jié)合的涂層材料，從而顯著提高鈦合金材料的綜合力學性能。同時，本申請?zhí)峁┑闹?備方法簡便易操作，適于推廣。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層，由混合合金粉末在鈦合金表面經(jīng)激光 熔覆制得，所述混合合金粉末包括： 59wt% ?62wt% 的鎮(zhèn)； 18. 5wt% ?21wt% 的絡(luò)； 5wt%?8wt%的硼； 6. 5wt%?10wt%的娃；和 3wt%?7wt%的六方氮化硼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑耐磨復(fù)合涂層，其特征在于，所述混合合金粉末包括 60wt%的鎳。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑耐磨復(fù)合涂層，其特征在于，所述混合合金粉末包括 4wt %?6wt %的六方氮化硼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑耐磨復(fù)合涂層，其特征在于，所述六方氮化硼的粒度 3 0. 2 μ m ~ 1. 5 μ m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑耐磨復(fù)合涂層，其特征在于，所述鈦合金表面為 Ti6A14V鈦合金表面。
6. -種用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟： 將混合合金粉末和粘結(jié)劑混合后涂覆于鈦合金表面，形成預(yù)鋪涂層，所述混合合金粉 末包括： 59wt% ?62wt% 的鎮(zhèn)； 18. 5wt% ?21wt% 的絡(luò)； 5wt%?8wt%的硼； 6. 5wt%?10wt%的娃；和 3wt%?7wt%的六方氮化硼； 采用激光束輻照所述預(yù)鋪涂層，得到用于鈦合金表面的自潤滑耐磨復(fù)合涂層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述激光束的功率為 1200W?1500W ;所述激光束的掃描速度為2mm/s?6mm/s ;所述激光束的尺寸為 4mm (長）X 3mm (寬）。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑為甲基纖維素。
【文檔編號】B22F1/00GK104087789SQ201410363359
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】劉秀波, 任佳, 羅健, 相占鳳, 王明娣, 陳瑤 申請人:蘇州大學