在鈦金屬表面制備Ti-Si合金涂層的方法技術

一種在鈦金屬表面制備Ti-Si合金涂層的方法，它由混合粉壓實片預制和激光熔覆處理組成。所述的預制混合粉壓實片是指將Ti粉、Si粉先用球磨機混合均勻，然后烘干，最后在壓力機上壓制成片。所述的激光熔覆處理是指將壓制片放置在經清潔處理的鈦金屬表面，然后進行激光熔覆加工。本發明專利技術熔覆工藝性能優良，涂層組織致密，界面結合良好，平均硬度約為HV650~690，耐磨性約為基體的2.4倍。

【技術實現步驟摘要】
在欽金屬表面制備T1-Si合金涂層的方法
本專利技術涉及一種金屬表面改性領域，尤其是一種鈦金屬表面改性技術，具體地說是一種在鈦金屬表面制備T1-Si合金涂層以提高其耐磨性和硬度的方法。
技術介紹
鈦金屬具有比強度高、耐腐蝕性強、生物相容性好等一系列優點，是航空航天、武器裝備、生物醫用等領域不可或缺的關鍵材料。但鈦材存在著耐磨性較差等不足，嚴重影響著它的使用性能和使用壽命。因此，在要求具有抗磨損性能的應用中，鈦金屬只有在經過改善摩擦學行為的表面改性處理后才被使用。T1-Si系合金是一種在國際上剛剛起步的新型合金材料，其中Ti5Si3是一種高熔點(2130°C)、高硬度(HV960)、低密度(4.32g/cm3)的金屬間化合物，它不僅在常溫下具有良好的性能，在高溫環境中也表現出良好的高溫穩定性、抗高溫蠕變性、抗高溫氧化性等性能，同時該涂層的組成元素都是耐氧化、生物相生物性很好的元素。激光熔覆、激光合金化技術具有升溫速度快、溫度高、冷卻快、冶金質量高、界面結合好等工藝特點，已成為涂層制備的一種重要方法。到目前為止，我國尚未有一種具有自主知識產權的在鈦金屬表面制備T1-Si合金涂層的工藝方法可供使用。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對鈦金屬表面耐磨性差的問題，專利技術一種在鈦金屬表面制備高質量T1-Si合金涂層的方法，以提高鈦金屬的耐磨、耐氧化、生物相容等性能，同時保持其質輕的特點。本專利技術的技術方案是: 一種在鈦金屬表面制備T1-Si合金涂層的方法，其特征是它由混合粉壓實片預制和激光熔覆處理二個步驟組成；所述的預制混合粉壓實片是指將原子百分比分別為:Ti粉70-80%, Si粉20-30%的Ti粉、Si粉置于球磨機中混合均勻，然后烘干，最后在壓力機上壓制得到厚度不超過I毫米的預制壓實片；所述的激光熔覆處理是指將所述的預制壓實片放置在經清潔處理的鈦金屬表面，然后進行激光熔覆加工。所述的混合粉壓實片中Ti粉和Si粉的最佳原子百分比分別為:Ti粉75%，Si粉25%。本專利技術的有益效果是:(I)本專利技術T1-Si合金涂層組織致密，與鈦基體呈冶金結合，涂層硬度高、耐磨性好。(2)本專利技術混合粉在激光熔覆過程中發生了冶金反應，涂層的相組成為α -Ti和Ti5Si3金屬間化合物，涂層組織為α -Ti基體十網狀共晶組織(a -Ti, Ti5Si3X(3)本專利技術T1-Si合金涂層沿橫切面的硬度HV65(T690，比基體硬度(約HV350)提高85~98%，涂層耐磨性約為基體2.4倍。(4)本專利技術T1-Si合金涂層的組成元素都是耐氧化、生物相生物性很好的元素。【附圖說明】圖1是本專利技術實施例一的T1-Si合金涂層的橫切面金相照片。圖2是本專利技術實施例一的T1-Si合金涂層過渡區掃描電子顯微鏡形貌照片。圖3是本專利技術實施例一的T1-Si合金涂層的X射線衍射圖。圖4是本專利技術實施例一的T1-Si合金涂層組織的掃描電子顯微鏡照片。圖5是本專利技術實施例一的T1-Si合金涂層的硬度沿層深變化曲線。圖6是本專利技術實施例一的T1-Si合金涂層摩擦系數圖。圖7是本專利技術實施例一的T1-Si合金涂層的磨損表面形貌圖。圖8是本專利技術實施例一基體的磨損表面形貌圖。圖9是本專利技術實施例二的T1-Si合金涂層的橫切面金相照片。【具體實施方式】: 以下結合附圖及具體實施例，對本專利技術做進一步說明。實施例一 如圖1 一 8所不。—種鈦金屬表面T1-Si合金涂層,其制備方法為: 首先，根據Ti粉原子數占75%、Si粉原子數占25%的比例計算出Ti粉和Si粉的重量，再將稱量后的Ti粉和Si置于球磨機內混合均勻，取出烘干，在壓力機上壓制成片(厚度約為0.7 mm,最大不超過I毫米)。其次，將壓制片放置在經清潔處理的鈦金屬表面，采用YLS-6000光纖激光器對其進行激光熔覆，工藝參數為:激光功率1.8KW，掃描速度420mm/min，光斑直徑2mm。即獲得一種在鈦金屬表面的T1-Si合金涂層。本實施例獲得的涂層組織致密(圖1)，界面結合緊密(圖2)，涂層的組成相主要為α -Ti和Ti5Si3 (圖3)，涂層組織為分布于α -Ti基體上的網狀共晶組織(a -Ti, Ti5Si3)(圖4)，涂層平均硬度HV689比基體硬度HV350提高97% (圖5)。與硬質合金YG6 (直徑ΦΙΟι?πι，硬度HRA90-92)室溫往復干摩擦對磨(試驗力20Ν，行程4mm，磨損時間15min)，涂層的平均摩擦系數0.39比基體的平均摩擦系數0.45降低13.3% (圖6)，耐磨性(磨損體積0.054mm3)是基體(磨損體積0.13mm3)的2.4倍(圖7、圖8)。實施例二 本實施例與實施例一類同，不同之處在于所采用的激光工藝參數:激光功率1.8KW，掃描速度300 mm/mim,光斑直徑2_。本實施例獲得的涂層組織致密(圖9)，平均硬度為HV654.8。實施例三根據Ti粉原子數占70%、Si粉原子數占30%的比例稱量Ti粉和Si粉制備預制片，然后進行激光熔覆，所得的表面涂層的性能與實施例一相似，同樣具有涂層組織致密，界面結合緊密，涂層的組成相主要為α-Ti和Ti5Si3，涂層組織為分布于α---基體上的網狀共晶組織(α -Ti，Ti5Si3),涂層平均硬度HV685比基體硬度HV350提高96%。與硬質合金YG6 (直徑Φ 10mm，硬度HRA90-92)室溫往復干摩擦對磨(試驗力20N，行程4mm，磨損時間15min)，涂層的平均摩擦系數0.40比基體的平均摩擦系數0.45降低11.1%,耐磨性(磨損體積0.054mm3)是基體(磨損體積0.13mm3)的2.3倍。實施例四[0031 ] 根據Ti粉原子數占80%、Si粉原子數占20%的比例稱量Ti粉和Si粉制備預制片，然后進行激光熔覆，所得的表面涂層的性能與實施例一相似，同樣具有涂層組織致密，界面結合緊密，涂層的組成相主要為α-Ti和Ti5Si3，涂層組織為分布于α---基體上的網狀共晶組織(α -Ti，Ti5Si3),涂層平均硬度HV690比基體硬度HV350提高97.1%。與硬質合金YG6 (直徑Φ 10mm，硬度HRA90-92)室溫往復干摩擦對磨(試驗力20N，行程4mm，磨損時間15min)，涂層的平均摩擦系數0.385比基體的平均摩擦系數0.45降低13.4%，耐磨性(磨損體積0.054mm3)是基體(磨損體積0.13mm3)的2.4倍。本專利技術未涉及部分均于現有技術相同或可采用現有技術加以實現。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在鈦金屬表面制備Ti?Si合金涂層的方法，其特征是它由混合粉壓實片預制和激光熔覆處理二個步驟組成；所述的預制混合粉壓實片是指將原子百分比分別為：Ti粉70?80%，Si粉20?30%的Ti粉、Si粉置于球磨機中混合均勻，然后烘干，最后在壓力機上壓制得到厚度不超過1毫米的預制壓實片；所述的激光熔覆處理是指將所述的預制壓實片放置在經清潔處理的鈦金屬表面，然后進行激光熔覆加工。

【技術特征摘要】
1.一種在鈦金屬表面制備T1-Si合金涂層的方法，其特征是它由混合粉壓實片預制和激光熔覆處理二個步驟組成；所述的預制混合粉壓實片是指將原子百分比分別為:Ti粉.70-80%, Si粉20-30%的Ti粉、Si粉置于球磨機中混合均勻，然后烘干，最后在壓力...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許曉靜，吳桂蘭，陶俊，何星華，王宏宇，戈曉嵐，仲奕穎，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32