本發(fā)明涉及一種tial基合金激光熔覆涂層及其制備方法，屬于金屬表面涂層改性的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代工業(yè)中，為了滿足航空發(fā)動機、工業(yè)燃機等高溫服役條件的要求。高溫防護涂層對抗高溫氧化的性能和耐腐蝕的能力，還需要防護層具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以及與基材結(jié)合良好。tial合金具有比剛度高、比強度高的優(yōu)點，不過也有一些問題阻礙了tial基合金工業(yè)應(yīng)用和推廣的，主要是室溫脆性及高溫抗氧化不足。對于其高溫抗氧化性能及耐磨性能，得到綜合性能良好的涂層材料是現(xiàn)在研究的重點，提高tial基合金的高溫氧化防護主要考慮表面合金化及涂層防護。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種tial基合金激光熔覆涂層，熔覆粉末及其質(zhì)量分數(shù)為：al：46%~52%，p：2%，ti：33%~37%，nb：5%，zr：4%~7%，y：2%~3%，ce：0.8~2%。

本發(fā)明所述tial基合金激光熔覆涂層的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將熔覆粉末混合后進行球磨、干燥得到混合均勻的熔覆粉末；

（2）對tial合金基材進行預(yù)處理：打磨表面、除污、干燥后備用；

（3）將步驟（1）得到的熔覆粉末制成條狀的預(yù)置層（尺寸為60mm×4mm×3mm），將該預(yù)置層放于tial合金基材表面，經(jīng)激光熔覆儀器把tial合金基體表面與預(yù)置層同時熔化形成涂層。

本發(fā)明步驟（1）中球磨后的熔覆粉末粒度為100目~200目。

本發(fā)明所述激光熔覆的工藝參數(shù)為：光斑直徑為2~4mm，保護氣體為n2，n2流速為18~30l·h^-1，激光功率為3~6kw，掃描速度為360~400mm·min^-1。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明所述制備得到的tial基合金激光熔覆涂層宏觀形貌良好、涂層均勻光滑、內(nèi)部孔洞、夾雜較少，硬度高，具有良好的抗高溫氧化性，且產(chǎn)生了結(jié)合緊密的涂層，對產(chǎn)生無裂紋的激光熔覆涂層具有很好的借鑒作用。

（2）本發(fā)明通過激光熔覆工藝得到稀釋率較低的熔覆層，并且對應(yīng)用于激光熔覆的材料選擇范圍較廣。

（3）本發(fā)明采用的材料p、nb進行定量設(shè)計，且p元素的加入對最終制備材料的結(jié)晶具有抑制作用，可以明顯降低結(jié)晶率，降低晶粒度。

（4）本發(fā)明通過模具將熔覆粉末制成條狀的預(yù)置層，可以明顯節(jié)省熔覆效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1熔覆層金相組織；

圖2為本發(fā)明實施例2熔覆層金相組織；

圖3為實施例1和實施例2熔覆層顯微硬度；

圖4為實施例1和實施例2熔覆層抗高溫氧化性能。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內(nèi)容。

本發(fā)明實施例所用原料al、p、ti的純度均為99.99%，nb、zr、y、ce的純度為99.9%?；w材料tial合金化學(xué)成分如表1所示：

表1基體材料tial合金化學(xué)成分

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實施例1

本實施例高溫部件表面改性材料由al、p、ti、nb、zr、y、ce，具體的，熔覆粉末質(zhì)量分數(shù)如下：al：49%，p：2%，ti：33%，nb：5%，zr：7%，y：2%，ce：2%。

本實施所述tial基合金激光熔覆涂層的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將熔覆粉末混合后進行球磨（180目）、干燥得到混合均勻的熔覆粉末；

（2）對tial合金基材進行預(yù)處理：打磨表面、除污、干燥后備用；

（3）將步驟（1）得到的熔覆粉末制成條狀的預(yù)置層（尺寸為60mm×4mm×3mm），將該預(yù)置層放于tial合金基材表面，經(jīng)激光熔覆儀器把tial合金基體表面與預(yù)置層同時熔化形成涂層，其中激光熔覆的工藝參數(shù)為：光斑直徑3mm，保護氣體為n2，n2流速為25l·h^-1，激光功率為4.2kw，掃描速度為380mm·min^-1。

對于熔覆后的縱向涂層采用hf酸溶液進行腐蝕，得到金相圖片如圖1所示；采用hvs-1000a型顯微硬度儀，作用15s后測量涂層和基材的顯微硬度，數(shù)據(jù)如圖3所示，900℃循環(huán)氧化條件下，熔覆層能夠顯著提高基材的抗氧化性能，數(shù)據(jù)如圖4所示。

實施例2

本實施例高溫部件表面改性材料由al、p、ti、nb、zr、y、ce，具體的，熔覆粉末質(zhì)量分數(shù)如下：al：46%，p：2%，ti：37%，nb：5%，zr：7%，y：2%，ce：1%。

本實施所述tial基合金激光熔覆涂層的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將熔覆粉末混合后進行球磨（160目）、干燥得到混合均勻的熔覆粉末；

（2）對tial合金基材進行預(yù)處理：打磨表面、除污、干燥后備用；

（3）將步驟（1）得到的熔覆粉末制成條狀的預(yù)置層（尺寸為60mm×4mm×3mm），將該預(yù)置層放于tial合金基材表面，經(jīng)激光熔覆儀器把tial合金基體表面與預(yù)置層同時熔化形成涂層，激光熔覆的工藝參數(shù)為：光斑直徑為2mm，保護氣體為n2，n2流速為30l·h^-1，激光功率為3kw，掃描速度為360mm·min^-1。

（4）對于熔覆后的縱向涂層采用hf酸溶液進行腐蝕，得到金相圖片如圖2所示；采用hvs-1000a型顯微硬度儀作用15s后，測量涂層和基材的顯微硬度，數(shù)據(jù)如圖3所示；900℃循環(huán)氧化條件下，熔覆層能夠顯著提高基材的抗氧化性能數(shù)據(jù)分析如圖4所示。

由圖1、2可以看出，實施例1、2制備的材料涂層的氣孔含量都不明顯，且實施例1、2中材料涂層的顯微組織近似。

由圖3可以看出，實施例1、2制備的材料涂層的顯微硬度得到明顯提升，從涂層區(qū)到結(jié)合區(qū)，再到基材區(qū)的顯微硬度越來越小，并且表面硬度約為基材的3倍左右。

由圖4可以看出，實施例1、2制備的材料涂層的抗氧化性能約是基材的13.5倍，且兩涂層的抗高溫氧化性能近似。

實施例3

本實施例高溫部件表面改性材料由al、p、ti、nb、zr、y、ce，具體的，熔覆粉末質(zhì)量分數(shù)如下：al：52%，p：2%，ti：34.2%，nb：5%，zr：4%，y：2%，ce：0.8%，本實施例所述tial基合金激光熔覆涂層的制備方法同實施例2，制備的材料涂層的性能與實施例1、2相似。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種TiAl基合金激光熔覆涂層及其制備方法，屬于金屬表面涂層改性的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述熔覆粉末包括：Al、P、Ti、Nb、Zr、Y、Ce，具體的，熔覆粉末質(zhì)量分數(shù)如下：Al：46%~52%，P：2%，Ti：33%~37%，Nb：5%，Zr：4%~7%，Y：2%~3%，Ce：0.8~2%。激光熔覆涂層的制備包括原料配比、基材選擇、預(yù)處理，激光熔覆、后處理等流程，通過合適的元素配比設(shè)計及合理的激光熔覆工藝參數(shù)，制得熔覆涂層，通過對熔覆層的宏觀形貌和性能進行測試，涂層的硬度和高溫抗氧化性能比基材均有明顯提升。

技術(shù)研發(fā)人員：劉洪喜;劉子峰;石海;郭新政;王悅怡
受保護的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.11
技術(shù)公布日：2017.08.15