一种钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层及制备方法与流程

[0001]
本发明涉及一种钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层及制备方法，属于新材料制备技术领域。


背景技术：

[0002]
激光熔覆是一种新型表面改性与处理技术,利用高能激光束将基材表面层金属熔化，同时以不同的送料方式在被喷涂基体表面上添加被选择的涂层材料粉末，经激光辐射使之和基体表面薄层同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低,与基体材料结合形成复合金属表面涂层。激光熔覆技术很好地改善了金属基体表面的耐磨性、抗热性、耐腐蚀和抗氧化性等特性；并且激光熔覆技术又节能无污染，符合工业环保要求，存在极高的产业应用价值。
[0003]
钛合金由于其较高的强度和良好的耐蚀性，20世纪50～60年代，主要被用于发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。随着航空事业的发展，工业应用对钛合金的性能要求越来越高，广泛应用于航空发动机和油缸等部件的钛合金时常需要满足更高的表面性能需求，以此来使其达到更好的耐热耐腐蚀特性。


技术实现要素：

[0004]
本发明所要解决的技术问题是提供一种钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层，用于设置在tc4钛合金基体的表面，能够有效强化钛合金板表面硬度及耐腐蚀性能。
[0005]
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层，用于设置在tc4钛合金基体的表面，所述涂层为al2o
3-cocrmo涂层，由al2o3与cocrmo组成。
[0006]
与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种针对钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层的制备方法，采用全新设计工艺，在tc4钛合金基体表面构建所设计涂层，能够有效强化钛合金板表面硬度及耐腐蚀性能。
[0007]
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种针对钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层的制备方法，包括如下步骤：步骤a. 针对cocrmo粉末与al2o3的混合粉末进行打磨筛选处理，获得熔覆粉末，并进入步骤b；步骤b. 针对tc4钛合金基体表面进行清洗预处理，然后进入步骤c；步骤c. 伴随向tc4钛合金基体表面输送熔覆粉末，应用激光熔覆方式，针对tc4钛合金基体表面、以及熔覆粉末进行熔覆处理，获得设置于tc4钛合金基体表面、预设厚度的al2o
3-cocrmo涂层。
[0008]
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤a包括如下步骤a1至步骤a3；步骤a1. 基于预设至少一种al2o3混合比例，分别按各种al2o3混合比例，将al2o3混合于cocrmo粉末中，获得各种al2o3混合比例分别对应的cocrmo与al2o3的混合粉末，并进入步骤
a2；步骤a2. 将各种al2o3混合比例分别对应的cocrmo与al2o3的混合粉末置于一起，执行打磨处理，获得初级粉末，然后进入步骤a3；步骤a3. 应用筛粉机针对初级粉末进行筛选，获得指定规格的粉末，即构成熔覆粉末，然后进入步骤b。
[0009]
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤a2中，将各种al2o3混合比例分别对应的cocrmo与al2o3的混合粉末置于一起，并采用行星球磨机在保护气体环境下，按预设球磨转速，执行预设时长的球磨混合处理，获得初级粉末。
[0010]
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤b包括如下步骤b1至步骤b2；步骤b1. 使用金相砂纸对tc4钛合金基体表面进行打磨和抛光，除去tc4钛合金基体表面的氧化物杂质，然后进入步骤b2；步骤b2. 使用无水乙醇对tc4钛合金基体表面进行超声清洗，并持续预设时长，然后吹干，由此完成对tc4钛合金基体表面的清洗预处理，然后进入步骤c。
[0011]
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤c中，在保护气体环境下，伴随向tc4钛合金基体表面输送熔覆粉末，应用激光熔覆方式，针对tc4钛合金基体表面、以及熔覆粉末进行熔覆处理，获得设置于tc4钛合金基体表面、预设厚度的al2o
3-cocrmo涂层。
[0012]
作为本发明的一种优选技术方案：所述保护气体为氩气。
[0013]
本发明所述一种钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层及制备方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所设计钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层，设计由al2o3与cocrmo组成，构成置于tc4钛合金合金表面的al2o
3-cocrmo涂层，所添加的al2o3改善了涂层的微观结构，并且al2o
3-cocrmo涂层的摩擦因数和自腐蚀电位随着al2o3含量的增加而降低，表现出了优异的减摩性能，提高了基体的耐腐蚀性能；相应本发明设计了针对此涂层的制备方法，包括熔覆粉末的制备、tc4钛合金基体表面进行清洗预处理、以及应用激光熔覆方式构建涂层，由此通过精准设计的制备工艺，获得所设计al2o
3-cocrmo涂层的构建，解决了tc4钛合金涂层耐磨性差和腐蚀性差的难题。
附图说明
[0014]
图1是本发明所设计所制备的al2o
3-cocrmo涂层的示意图；图2是本发明设计所制备的al2o
3-cocrmo涂层摩擦系数-时间曲线图；图3是本发明设计制备的al2o
3-cocrmo涂层极化曲线图。
具体实施方式
[0015]
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0016]
本发明提出一种钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层，用于设置在tc4钛合金基体的表面，所述涂层为al2o
3-cocrmo涂层，由al2o3与cocrmo组成，这里关于cocrmo粉末，其中co占65%，cr占28%，mo占 7%；关于al2o3粉末，选择99.99%比例的al2o3粉末。
[0017]
与上述相对应，本发明设计了一种针对钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
步骤a. 针对cocrmo粉末与al2o3的混合粉末进行打磨筛选处理，获得熔覆粉末，并进入步骤b。
[0018]
实际应用当中，上述步骤a包括如下步骤a1至步骤a3。
[0019]
步骤a1. 基于预设至少一种al2o3混合比例，分别按各种al2o3混合比例，将al2o3混合于cocrmo粉末中，获得各种al2o3混合比例分别对应的cocrmo与al2o3的混合粉末，并进入步骤a2。
[0020]
实际应用当中，这里的各种al2o3混合比例，诸如设计6%、10%和14%，即获得6%、10%、14%分别对应的cocrmo与al2o3的混合粉末。
[0021]
步骤a2. 将各种al2o3混合比例分别对应的cocrmo与al2o3的混合粉末置于一起，执行打磨处理，获得初级粉末，然后进入步骤a3。
[0022]
具体来说，步骤a2中，将各种al2o3混合比例分别对应的cocrmo与al2o3的混合粉末置于一起，并采用行星球磨机在氩气保护气体环境下，按预设球磨转速，执行预设时长的球磨混合处理，获得初级粉末。实际执行当中，设计采用300r/min的预设球磨转速，并执行3h时长的球磨混合处理。
[0023]
步骤a3. 应用筛粉机针对初级粉末进行筛选，获得指定规格，诸如150-250目的粉末，即构成熔覆粉末，然后进入步骤b。
[0024]
步骤b. 针对tc4钛合金基体表面进行清洗预处理，然后进入步骤c。
[0025]
实际应用当中，上述步骤b包括如下步骤b1至步骤b2。
[0026]
步骤b1. 使用金相砂纸对tc4钛合金基体表面进行打磨和抛光，除去tc4钛合金基体表面的氧化物杂质，然后进入步骤b2。
[0027]
步骤b2. 使用无水乙醇对tc4钛合金基体表面进行超声清洗，并持续预设时长，然后吹干，由此完成对tc4钛合金基体表面的清洗预处理，然后进入步骤c。
[0028]
步骤c. 在氩气保护气体环境下，伴随向tc4钛合金基体表面输送熔覆粉末，应用激光熔覆方式，针对tc4钛合金基体表面、以及熔覆粉末进行熔覆处理，获得设置于tc4钛合金基体表面、预设厚度的al2o
3-cocrmo涂层。
[0029]
这里在实际应用当中，针对熔覆粉末，采用同步送粉的方式，进行激光熔覆实验，激光功率设置为1600w，光斑直径为5mm,激光扫描速度为100mm/min,激光搭接率为50%，送粉速度8g/min，并设计最终获得一层平均厚度为20μmal2o
3-cocrmo涂层，使得涂层与基体形成良好的冶金结合。
[0030]
将本发明所设计钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层及制备方法应用于实际当中，所制备al2o
3-cocrmo复合涂层的形貌如图1所示，涂层表面出现细小、黑色的树状晶，无气孔、褶皱等明显缺陷，显示表面涂层质量良好。
[0031]
如图2所示，所制备的al2o
3-cocrmo涂层摩擦系数-时间曲线图，添加的al2o3的质量分数分别为6%、10%和14%时的al2o
3-cocrmo涂层平均摩擦系数分布为 0.941、0.893和0.769，摩擦系数随着al2o3的添加量的增大而降低，显示出涂层优异的减摩性能。
[0032]
如图3为制备的al2o
3-cocrmo涂层极化曲线图，添加的al2o3的质量分数分别为6%、10%和14%时的al2o
3-cocrmo涂层自腐蚀电位分别为-0.31、-0.25和-0.05 v,相较于基体的-0.45v，al2o
3-cocrmo涂层表现出优异的耐腐蚀性能。
[0033]
上述技术方案所设计钴基高温耐磨耐腐蚀复合涂层，设计由al2o3与cocrmo组成，
构成置于tc4钛合金合金表面的al2o
3-cocrmo涂层，所添加的al2o3改善了涂层的微观结构，并且al2o
3-cocrmo涂层的摩擦因数和自腐蚀电位随着al2o3含量的增加而降低，表现出了优异的减摩性能，提高了基体的耐腐蚀性能；相应本发明设计了针对此涂层的制备方法，包括熔覆粉末的制备、tc4钛合金基体表面进行清洗预处理、以及应用激光熔覆方式构建涂层，由此通过精准设计的制备工艺，获得所设计al2o
3-cocrmo涂层的构建，解决了tc4钛合金涂层耐磨性差和腐蚀性差的难题。
[0034]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。