一種在鈦合金表面制備wc/石墨復合涂層的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬表面涂層制備技術領域，具體涉及一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法。
【背景技術】
[0002]鈦合金具有密度小、比強度高、耐腐蝕性能優異及相對較好的高溫力學性能等特點，是航空、航海、化工及生物等工業部門應用的重要材料之一，但鈦及鈦合金的硬度低、耐磨性差，當用作摩擦部件時，易產生磨損，造成部件失效。為提高鈦合金的耐磨性，需要對鈦合金進行表面處理。提高鈦合金耐磨性能的方法較多，應用于鋼鐵的表面技術基本都可以應用于鈦合金。化學熱處理可通過鈦合金表面滲碳、滲氮形成TiC、TiN等硬化層改善耐磨性，但化學熱處理需要對工件進行整體加熱和長時間保溫，會影響基體材料的顯微組織，進而影響其力學性能，而且也會因熱應力造成工件變形；電鍍、化學鍍可在鈦合金表面制備Cr、N1-P等耐磨層，但電鍍、化學鍍對環境具有高污染性，目前正在被其它工藝所取代；物理氣相沉積(PVD)技術可在鈦合金表面制備二元或多元氮化物層，改善表面耐磨性，但PVD技術制備的涂層較薄，繞鍍性較差，并且需要真空系統及蒸發源，設備相對復雜；熱噴涂技術可制備厚度較高(幾百微米以上)的碳化物、氧化物陶瓷耐磨層，改善耐磨性，但由于熱噴涂涂層是機械結合，結合強度較低，涂層易剝落。
[0003]激光熔覆是材料表面改性技術的一種重要方法，它是利用高能密度激光束將具有不同成份、性能的合金與基材表面快速熔化，在基材表面形成與基材具有完全不同成份和性能的合金層的快速凝固過程，制備的熔覆層與基材為冶金結合。根據激光熔覆技術的工藝過程，激光熔覆技術有如下特點:激光熔覆時的高能束快速掃描加熱特性，制備的熔覆層凝固時冷卻速度快，組織細小；工藝靈活，可以進行局部熔覆；熔覆層與基體之間為冶金結合。WC陶瓷由于具有較高的硬度，是很好的耐磨材料，但因WC陶瓷脆性大，很難通過激光熔覆的方法直接在鈦合金表面制備WC熔覆層。石墨因具有層狀結構，是很好的固體潤滑材料，可以有效的減小摩擦，但因石墨極易在高溫下燒損，激光熔覆技術很難直接制備石墨熔覆層。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，該方法通過激光熔覆處理過程產生的熱量使鈦合金基材表面預置層中的金剛石發生同素異構轉變生成石墨，克服現有技術中不能通過激光技術制備石墨涂層的缺陷，在鈦合金表面制備得到WC/石墨復合涂層，在改善鈦合金表面耐磨性能的同時降低其摩擦系數。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟一、對鈦合金基材進行表面預處理去除表面氧化膜；
[0007]步驟二、將碳化鎢粉末和金剛石粉末混合均勻，得到混合粉末，然后向所述混合粉末中加入聚乙烯醇水溶液攪拌均勻，得到糊狀的熔覆材料；所述混合粉末中碳化鎢粉末的質量百分含量為50%?90% ;
[0008]步驟三、將步驟二中所述熔覆材料預置于步驟一中去除表面氧化膜后的鈦合金基材表面，烘干后在鈦合金基材表面得到預置層；所述預置層的厚度為1mm?3mm ;
[0009]步驟四、在氬氣氣氛保護下對步驟三中具有預置層的鈦合金基材表面進行激光熔覆處理，在鈦合金基材表面制備得到WC/石墨復合涂層；所述激光熔覆處理的激光功率為2kff?6kW，光斑直徑為3_?6mm，掃描速度為300mm/min?600mm/min。
[0010]上述的一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述聚乙烯醇水溶液的濃度為100g/L?150g/L。
[0011]上述的一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述熔覆材料中聚乙烯醇水溶液的質量百分含量為10%?20%。
[0012]上述的一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述混合粉末中碳化媽粉末的質量百分含量為60%?80%。
[0013]上述的一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，所述混合粉末中碳化媽粉末的質量百分含量為75%。
[0014]上述的一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，步驟四中所述激光熔覆處理的激光功率為3.5kff?6kW，光斑直徑為4mm?6mm，掃描速度為300mm/min ?400mm/mino
[0015]上述的一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，所述激光熔覆處理的激光功率為5kW，光斑直徑為6mm，掃描速度為300mm/min。
[0016]上述的一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，步驟三中所述烘干的溫度為100°C?120°C，時間為1.5h?3h。
[0017]上述的一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，步驟一中所述表面預處理的具體過程為:將鈦合金基材置于酸液中進行酸洗去除表面氧化膜，所述酸液由氫氟酸溶液、硝酸溶液和水按體積比(3?6) “6?8):100混合而成，所述氫氟酸溶液的質量濃度為39 %?41 %，所述硝酸溶液的質量濃度為68 %?70 %。
[0018]上述的一種在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層的方法，其特征在于，步驟二中所述碳化媽粉末的粒度為15 μ m?50 μ m，所述金剛石粉末的粒度為40 μ m?60 μ m。
[0019]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0020]1、本發明通過在鈦合金基材表面激光熔覆含有WC粉末和金剛石粉末的熔覆材料，利用金剛石在高溫下可轉變為石墨的同素異構轉變，通過激光束掃描過程中產生的熱量使混合粉末中的金剛石原位轉變為石墨，在鈦合金表面制備WC/石墨復合涂層，通過復合涂層中的WC和石墨，在改善鈦合金耐磨性能的同時降低其摩擦系數。
[0021]2、本發明利用碳化鎢粉末具有較高的硬度且是很好的耐磨材料的特性，利用石墨具有層狀結構，是很好的固體潤滑材料，可以有效的減小摩擦的特性，通過激光熔覆處理的工藝過程在鈦合金基材表面制備得到WC/石墨復合涂層，且實現了復合涂層與鈦合金基材的冶金結合，將碳化鎢的耐磨性和石墨的減摩性有效結合，通過減摩和耐磨達到改善鈦合金基材表面摩擦性能的目的，且提高了材料的表面硬度，本發明在鈦合金基材表面制備得到的WC/石墨復合涂層的硬度不低于750HVa3，摩擦系數不高于0.18。
[0022]3、本發明利用激光熔覆處理時的高能束快速掃描加熱特性在鈦合金基材表面制備得到與基材冶金結合WC/石墨復合涂層，制備工藝簡單、穩定性好、可靠性高、適用范圍廣，適于大規模工業化生產
[0023]下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]本實施例包括以下步驟:
[0026]步驟一、對鈦合金基材進行表面預處理去除表面氧化膜；所述表面預處理的