一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层及其制备方法

本发明属于耐磨耐蚀材料制备，涉及一种锆基非晶合金-钛合金复合涂层及其制备方法。

背景技术：

1、涂层涂布于金属、织物、塑料等基体上，实现对基体的防护、绝缘、装饰等目的，而防护是涂层最为常见的作用，涂层的防护作用主要通过涂层自身性能实现。

2、需要使基体获得更佳保护效果，应用更加广泛，就需要涂层自身具备更加优异、全面的性能。钛合金因其具有比强度高、耐疲劳、低密度、低热膨胀系数等优异特性，广泛应用于航空航天、海洋装备、石油化工、医疗器械等领域。然而钛合金存在材料硬度低、耐腐蚀性能差和耐磨性差等问题，使得其作为涂层对基体进行保护时，存在一定局限性。

3、因此，有必要提供一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层，以提高涂层硬度以及耐腐蚀性能和耐磨性。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的问题，本发明提出了一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层及其制备方法，制备得到的锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层具备晶体与非晶相耦合的梯度结构，使得涂层具有较高硬度，以及较好的耐腐蚀性能和耐磨性能。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)对基体进行预处理，包括对基体进行表面打磨或喷砂处理，之后对基体进行清洗并干燥。

5、(2)采用激光熔覆工艺在基体上进行分层熔覆，形成梯度耦合钛合金层，然后对钛合金层进行加工修整以及清洗干燥。

6、(3)采用超音速火焰喷涂技术在钛合金层表面分层喷涂锆基非晶合金涂层，对表面进行后处理后，得到具有梯度结构的复合材料涂层。超音速火焰喷涂技术的火焰速度很快，但温度相对较低，避免了因温度过高导致非晶出现晶化现象。

7、作为优选，所述步骤(1)中采用机械打磨方式将基体表面磨平，粗糙度ra＜0.5，然后用酒精对基体进行超声波清洗并干燥。

8、作为优选，所述步骤(1)中采用刚玉喷砂除去表面污染物，处理后的表面粗糙度为ra＝8.0～10.0，然后用酒精对基体进行超声波清洗并干燥。

9、作为优选，所述步骤(2)中分层熔覆具体包括：首先以ti粉末为原料进行熔覆形成50～150μm的ti层，其次以等摩尔比的ti、al粉末为原料，熔覆形成50～150μm的ti、al层，最后以等摩尔比的al、v、ti粉末为原料，熔覆形成50～150μm的ti、al、v层，得到总厚度为300～350μm的梯度耦合钛合金层。通过送粉系统将原料粉末均匀地涂敷在基体的表面；使用高能激光束照射涂层，使其迅速熔化并形成熔池；在激光照射完成后，迅速冷却凝固涂层，经过多次熔覆使其形成致密的梯度结构钛合金层。

10、作为优选，所述步骤(3)中分层喷涂锆基非晶合金涂层具体包括：首先以等摩尔比的zr、ti、cu粉末为原料，喷涂形成100～150μm的zr、ti、cu非晶层，其次以等摩尔比的zr、ti、cu、ni粉末为原料，喷涂形成100～150μm的zr、ti、cu、ni非晶层，最后以等摩尔比的zr、ti、cu、ni、be粉末为原料，喷涂形成100～150μm的zr、ti、cu、ni、be非晶层，得到总厚度为300～350μm锆基非晶合金涂层。

11、作为优选，所述粉末粒径为10～60μm；激光熔覆送粉速度为20～40g/min，激光熔覆的激光束扫描速度为60～120m/min，激光熔覆的激光束发射功率为1～2kw，激光熔覆的激光束光斑直径为1～3mm。

12、作为优选，所述步骤(2)中，采用刚玉喷砂对钛合金层进行加工修整，处理后的钛合金层表面粗糙度为ra＝6.0～12.0，然后用酒精进行超声波清洗干燥。便于超音速火焰喷涂。

13、作为优选，所述粉末粒度为：15～45μm；喷涂距离为350～380mm，喷涂速度为250～350mm/s，喷涂送粉量为45～60g/min，喷涂氧气流量为40～50m3/h，喷涂煤油流量为20～25l/h。

14、作为优选，所述步骤(3)中，对表面进行后处理具体包括：修整表面粗糙部分，去除多余的喷涂材料，以确保表面光滑并达到所需的精度要求，处理后的锆基非晶合金涂层表面粗糙度为ra＝0.2～0.8。

15、通过锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法制备得到的锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层，具有晶体与非晶体耦合的梯度结构。

16、本发明的有益效果：

17、1.本发明通过制备得到具有晶体与非晶体耦合的梯度结构的锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层，弥补了钛合金硬度低，耐磨性能与耐腐蚀性能较差的问题，使得涂层具备更加全面的性能，提高涂层保护效果。

18、2.本发明通过激光熔覆技术制备具有元素梯度的钛合金涂层，使钛合金涂层能够更好地附着在基体表面。

19、3.本发明通过超音速火焰喷涂技术喷涂具有梯度结构的锆基非晶合金涂层，制备的涂层洁净、致密、精细且均匀，与钛合金涂层结合紧密。

技术特征：

1.一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用机械打磨方式将基体表面磨平，粗糙度ra＜0.5，然后用酒精对基体进行超声波清洗并干燥。

3.根据权利要求1所述的一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用刚玉喷砂除去表面污染物，处理后的表面粗糙度为ra＝8.0～10.0，然后用酒精对基体进行超声波清洗并干燥。

4.根据权利要求1所述的一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中分层熔覆具体包括：首先以ti粉末为原料进行熔覆形成50～150μm的ti层，其次以等摩尔比的ti、al粉末为原料，熔覆形成50～150μm的ti、al层，最后以等摩尔比的al、v、ti粉末为原料，熔覆形成50～150μm的ti、al、v层，得到总厚度为300～350μm的梯度耦合钛合金层。

5.根据权利要求4所述的一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述粉末粒径为10～60μm；激光熔覆送粉速度为20～40g/min，激光熔覆的激光束扫描速度为60～120m/min，激光熔覆的激光束发射功率为1～2kw，激光熔覆的激光束光斑直径为1～3mm。

6.根据权利要求1所述的一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中分层喷涂锆基非晶合金涂层具体包括：首先以等摩尔比的zr、ti、cu粉末为原料，喷涂形成100～150μm的zr、ti、cu非晶层，其次以等摩尔比的zr、ti、cu、ni粉末为原料，喷涂形成100～150μm的zr、ti、cu、ni非晶层，最后以等摩尔比的zr、ti、cu、ni、be粉末为原料，喷涂形成100～150μm的zr、ti、cu、ni、be非晶层，得到总厚度为300～350μm锆基非晶合金涂层。

7.根据权利要求6所述的一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述粉末粒度为：15～45μm；喷涂距离为350～380mm，喷涂速度为250～350mm/s，喷涂送粉速率为45～60g/min，喷涂氧气流量为40～50m3/h，喷涂煤油流量为20～25l/h。

8.根据权利要求1所述的一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用刚玉喷砂对钛合金层进行加工修整，处理后的钛合金层表面粗糙度为ra＝6.0～12.0，然后用酒精进行超声波清洗干燥。

9.根据权利要求1所述的一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，对表面进行后处理具体包括：修整表面粗糙部分，去除多余的喷涂材料，处理后的锆基非晶合金涂层表面粗糙度为ra＝0.2～0.8。

10.权利要求1-9任一项所述的一种锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层的制备方法制备得到的锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层，其特征在于：所述锆基非晶合金-钛合金复合材料涂层具有晶体与非晶体耦合的梯度结构。

技术总结本发明公开了一种锆基非晶合金‑钛合金复合材料涂层及其制备方法，属于耐磨耐蚀材料制备技术领域。本发明的制备方法包括(1)对基体进行预处理；(2)采用激光熔覆工艺在基体上进行分层熔覆，形成梯度耦合钛合金层；(3)采用超音速火焰喷涂技术在钛合金层表面分层喷涂锆基非晶合金涂层。本发明采用制备方法制备得到具有晶体与非晶体耦合的梯度结构的负荷材料涂层，使得钛合金层与锆基非晶合金层之间具有较高的界面结合强度，得到性能更加全面，优异的复合材料涂层。技术研发人员：韦贺,张文高,李祖来,张飞,山泉受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11