一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法

1.本发明涉及激光表面强化技术领域，具体涉及一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法。


背景技术：

2.tib
2-tic复相陶瓷材料具有优异的力学和电气性能组合以及良好的抗热震性和高温抗氧化性等一系列优点，是一种很有应用前景的材料。与单相tib2和tic陶瓷材料相比，tib
2-tic复相陶瓷材料的总体性能有较大的提高，特别是600℃以上tib
2-tic复合陶瓷的硬度远高于tib2和tic单相陶瓷，是作为高温耐磨和导电涂层增强相的理想选择。目前，引入陶瓷增强相的方法主要有两种，即外加法和原位自生法。原位自生法通过高温自蔓延反应原位生成陶瓷增强相，这种方法克服了外加法直接加入的陶瓷增强相与基体润湿性差、结合力弱等问题，也减少了陶瓷相在熔覆层中产生气孔和裂纹等缺陷的可能性，而且陶瓷相组织均匀细小，制备的复合涂层性能优于外加法。
3.激光原位自生法结合了激光熔覆技术和陶瓷增强相原位自生法的优势，因其冷却速度快、稀释率低、结合强度高及易于实现自动化，而被广泛应用于金属陶瓷复合涂层的制备。在高能量密度激光束的照射下，引发粉体发生高温自蔓延反应，原位生成tib
2-tic陶瓷增强相，原位自生的陶瓷增强相与基体和粘结相之间界面洁净，有利于得到增强相均匀分布的高性能涂层，而且在生成陶瓷增强相的同时完成沉积，有利于提高生产效率，降低生产成本。目前，国内外对采用tio
2-b4c-al和ti-b4c体系激光熔覆原位生成tib
2-tic陶瓷增强相的研究较多，但对tio
2-b4c-c碳热反应原位生成tib
2-tic陶瓷增强相的研究较少，而该体系正是tib2工业化生产中应用较多的工艺，由于tio2粉、b4c粉和碳源粉的价格较低，而且激光熔覆原位自生减少了tib2和tic的制备工序，可以进一步降低生产tib
2-tic陶瓷增强相的成本，利用粘结相cu和tio
2-b4c-c碳热反应体系结合激光熔覆技术制备的原位自生tib
2-tic-cu复合涂层有望实现涂层工业化应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决目前还未有利用粘结相cu和tio
2-b4c-c碳热反应体系结合激光熔覆技术制备原位自生tib
2-tic-cu复合涂层的成型工艺的问题，而提供一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法。
5.一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，按以下步骤进行：
6.步骤一：将钢基体表面进行预处理，然后预热，得到预热后的钢基体；
7.步骤二：将tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体干燥，得到熔覆材料；
8.步骤三：在保护气体的气氛下，采用同轴送粉激光熔覆的方式，将步骤二中的熔覆材料在步骤一中的预热后的钢基体表面原位自生，得到硼化钛-碳化钛-铜复合涂层，激光
功率为1000～1800w。
9.本发明的有益效果：
10.本发明采用tio
2-b4c-c碳热反应体系结合激光熔覆技术的优势，不仅从粉体原料角度进一步降低了制备tib2和tic陶瓷相的生产成本，减少了tib2和tic的制备工序，而且避免了外加陶瓷相所带来的与基体和粘结相润湿性差，熔覆层容易开裂等问题。
11.本发明的方法在1000～1800w较为宽泛的激光熔覆工艺参数下，均能得到硬度较高的tib
2-tic-cu复合涂层，熔覆层的硬度达到800hv
0.2
以上，单层涂层高硬区深度超过1.2mm，有助于提高涂层的耐磨性能；同时纯cu粘结相的加入，有利于提升涂层的塑性和导电性。
12.本发明制备的原位自生tib
2-tic-cu涂层与基体形成良好的冶金结合，涂层硬度高且分布均匀，单层涂层高硬区深度较大，对涂层耐磨性的提高极为有利；而且在较为宽泛的激光熔覆工艺参数下，均能得到性能理想的涂层，有利于涂层的工业化应用。
13.本发明可获得一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法。
附图说明
14.图1为实施例1中tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体的sem图；
15.图2为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的xrd图；
16.图3为实施例2中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的微观形貌图；
17.图4为图3中eds面扫描ti元素分布图；
18.图5为图3中eds面扫描b元素分布图；
19.图6为图3中eds面扫描c元素分布图；
20.图7为图3中eds面扫描cu元素分布图；
21.图8为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的显微硬度分布图。
具体实施方式
22.具体实施方式一：本实施方式一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，按以下步骤进行：
23.步骤一：将钢基体表面进行预处理，然后预热，得到预处理后的钢基体；
24.步骤二：将tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体干燥，得到熔覆材料；
25.步骤三：在保护气体的气氛下，采用同轴送粉激光熔覆的方式，将步骤二中的熔覆材料在步骤一中的预热后的钢基体表面原位自生，得到硼化钛-碳化钛-铜复合涂层，激光功率为1000～1800w。
26.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的钢基体为h13钢。
27.其他步骤与具体实施方式一相同。
28.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：步骤一中将钢基体表面进行预处理的具体步骤如下：先将钢基体表面使用400目砂纸进行打磨，然后进行超声清洗，得到预处理后的钢基体。
29.其他步骤与具体实施方式一或二相同。
30.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：超声清洗的时间为10～30min。
31.其他步骤与具体实施方式一至三相同。
32.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：超声清洗的介质为无水乙醇或丙酮。
33.其他步骤与具体实施方式一至四相同。
34.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一中在150～300℃的温度条件下预热1～2h。
35.其他步骤与具体实施方式一至五相同。
36.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述的tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体由tio2粉、b4c粉、石墨粉和cu粉组成，tio2粉、b4c粉、石墨粉与cu粉的质量比为(20～21)：(7～8)：(4.5～6)：(18～20)。
37.其他步骤与具体实施方式一至六相同。
38.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中所述的保护气体为氩气，氩气的通入速率为18～25l/min。
39.其他步骤与具体实施方式一至七相同。
40.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤三中同轴送粉激光熔覆的具体参数如下：激光束光斑直径为2～3mm，激光扫描速度为240～600mm/min，进粉速度为0.7～1.5r/min，送粉气体为氩气，氩气的通入速率为9～15l/min。
41.其他步骤与具体实施方式一至八相同。
42.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤三中所述的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层中含有tib2、tic和cu三种相，以及少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相。
43.其他步骤与具体实施方式一至九相同。
44.采用以下实施例验证本发明的有益效果：
45.实施例1：一种用于反应热喷涂的四元复合粉体的制备方法，按以下步骤进行：
46.步骤一：将tio2粉体、b4c粉体、石墨粉体和铜粉体装入行星混料机中，混合均匀后，向混匀的四元复合粉体中加入去离子水、分散剂和表面活性剂，以300r/min的转速强力搅拌10～20min，得到悬浮液，所述的tio2粉体、b4c粉体、石墨粉体与铜粉体的质量比为20：8：6：18；利用超声纳米分散器将悬浮液中的粉体进行解团聚和分散，超声分散1h，将分散好的悬浮液然后加入粘结剂，以500r/min的转速再次强力搅拌2h，得到混合均匀、稳定性好和粘度较低的浆料；
47.步骤二：将步骤一得到的浆料进行喷雾造粒，得到混合粉体；将混合粉体在氩气气体保护下，先以10℃/min的升温速率升温至500℃，并在500℃下保温1h；再以10℃/min的升温速率升温至900℃，并在900℃下保温1h；最后过800目筛，筛除800目以上的粉体，得到tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体。
48.上述化学反应式为：2tio2+b4c+3c＝2tib2+4co；
49.所述的分散剂为dolapix ce 64，购买自德国司马化工；所述的表面活性剂为9485阴离子表面活性剂，购买自广州润宏化工有限公司；所述的粘结剂为聚乙烯醇。
50.所述的浆料中tio2粉体、b4c粉体、石墨粉体和铜粉体的总质量分数为35～40％，tio2粉体、b4c粉体、石墨粉体和铜粉体的总质量与去离子水的体积的比为0.52：1，分散剂为tio2粉体、b4c粉体、石墨粉体、铜粉体和去离子水的总质量的0.75～1.25％，表面活性剂为tio2粉体、b4c粉体、石墨粉体、铜粉体和去离子水的总质量的0.06％，粘结剂为tio2粉体、b4c粉体、石墨粉体、铜粉体和去离子水的总质量的1.5～2％。
51.所述的tio2粉体、b4c粉体、石墨粉体和铜粉体的质量纯度均大于99.7％，tio2粉体的平均粒径为25nm，b4c粉体的平均粒径为3μm，石墨粉体的平均粒径为8000目，铜粉体的平均粒径为500nm，tio2粉体和铜粉体均为球形。
52.步骤二中采用气流式喷雾干燥机对浆料进行喷雾造粒，气流式喷雾干燥机的运行参数：进口温度为180～190℃，出口温度为100～105℃，蠕动泵效率为15％，喷雾空气流量计的高度为25～30mm，抽气机效率为100％；进料管为硅树脂管，内径为2mm，外径为4mm。
53.图1为实施例1中tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体的sem图；如图1所示，tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体致密度较高，球形度良好，粒径较为均匀，有利于后续激光熔覆顺利进行，制备高性能的激光熔覆涂层。
54.实施例2：一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，按以下步骤进行：
55.步骤一：将加工好的h13钢基体表面进行预处理，得到平整清洁表面后置于真空干燥箱内，然后在200℃的温度条件下预热1h，得到预热后的钢基体；
56.将钢基体表面进行预处理的具体步骤如下：先将钢基体表面使用400目砂纸进行打磨，然后利用超声波清洗设备超声清洗20min，得到预处理后的钢基体，超声清洗的介质为无水乙醇。
57.步骤二：将实施例1中制备的tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体干燥，得到熔覆材料。
58.步骤三：在通入速率为20l/min的氩气气氛下，采用同轴送粉激光熔覆的方式，将步骤二中的熔覆材料在步骤一中的预热后的钢基体表面原位自生，得到硼化钛-碳化钛-铜复合涂层，所述的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层中含有tib2、tic和cu三种相，以及少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相，单层涂层高硬区深度超过1.2mm。
59.同轴送粉激光熔覆的具体参数如下：激光功率为1000w，激光束光斑直径为3mm，激光扫描速度为240mm/min，进粉速度为0.9r/min，送粉气体为氩气，氩气的通入速率为10l/min。
60.图2为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的xrd图；如图2所示，通过1000w曲线可以看出涂层中原位生成了tib2和tic两种陶瓷增强相，同时也生成了少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相，上述各种相是由中间反应1～4生成的。实验发现，当激光功率低于1000w时，制备的涂层较薄且涂层中生成的tib2和tic相较少，涂层硬度降低，不利于保护基体；当激光功率高于1800w时，制备的涂层成型差且涂层与基体的稀释率较高，涂层硬度降低，不利于提高基体耐磨性。综合上述分析，激光熔覆功率选择为1000～1800w。
61.2tio2+b4c+3c＝2tib2+4co
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总反应；
62.20tio2+c＝ti
20o39
+co
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中间反应1；
63.ti3o5+3c＝3tic+3co
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中间反应2；
64.2tio2+b4c+3c＝2/3tib2+4/3tic+4/3b2o3+8/3c
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中间反应3；
65.4/3tic+4/3b2o3+8/3c＝4/3tib2+4co
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中间反应4。
66.图3为实施例2中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的微观形貌图，图4为图3中eds面扫描ti元素分布图，图5为图3中eds面扫描b元素分布图，图6为图3中eds面扫描c元素分布图，图7为图3中eds面扫描cu元素分布图。如图3-7所示，涂层中陶瓷增强相分布的比较均匀，tib2陶瓷相主要以短棒状和针状形式存在，tic陶瓷相主要以颗粒状形式存在，二者多以共生形式存在。
67.图8为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的显微硬度分布图；通过1000w曲线可以看出涂层的硬度较基体有明显的提高，涂层硬度分布均匀，随着离涂层表面的距离增大，硬度下降趋势较为平缓，直至进入热影响区之后涂层硬度快速下降直至达到基体硬度值。
68.综上所述，实施例1制备的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层与基体形成良好的冶金结合，采用tio2-b4c-c碳热反应体系原位生成的tib2和tic陶瓷增强相分布均匀，不仅显著提高了涂层的硬度，而且保证了整个熔覆区硬度分布均匀，对提高涂层的耐磨性能极为有利，同时纯cu粘结相的加入，有利于提升涂层的塑性和导电性。
69.实施例3：一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，按以下步骤进行：
70.步骤一：将加工好的h13钢基体表面进行预处理，得到平整清洁表面后置于真空干燥箱内，然后在200℃的温度条件下预热1h，得到预热后的钢基体；
71.将钢基体表面进行预处理的具体步骤如下：先将钢基体表面使用400目砂纸进行打磨，然后利用超声波清洗设备超声清洗20min，得到预处理后的钢基体，超声清洗的介质为无水乙醇。
72.步骤二：将实施例1中制备的tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体干燥，得到熔覆材料。
73.步骤三：在通入速率为20l/min的氩气气氛下，采用同轴送粉激光熔覆的方式，将步骤二中的熔覆材料在步骤一中的预热后的钢基体表面原位自生，得到硼化钛-碳化钛-铜复合涂层，所述的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层中含有tib2、tic和cu三种相，以及少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相，单层涂层高硬区深度超过1.2mm。
74.同轴送粉激光熔覆的具体参数如下：激光功率为1200w，激光束光斑直径为3mm，激光扫描速度为240mm/min，进粉速度为0.9r/min，送粉气体为氩气，氩气的通入速率为10l/min。
75.图2为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的xrd图；如图2所示，通过1200w曲线可以看出涂层中原位生成了tib2和tic两种陶瓷增强相，同时也生成了少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相。
76.图8为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的显微硬度分布图；通过1200w曲线可以看出涂层的硬度较基体有明显的提高，涂层硬度分布均匀，随着离涂层表面的距离增大，硬度下降趋势较为平缓，直至进入热影响区之后涂层硬度快速下降直至达到基体硬度值。
77.综上所述，实施例3制备的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层与基体形成良好的冶金结
合，采用tio
2-b4c-c碳热反应体系原位生成的tib2和tic陶瓷增强相分布均匀，不仅显著提高了涂层的硬度，而且保证了整个熔覆区硬度分布均匀，对提高涂层的耐磨性能极为有利，同时纯cu粘结相的加入，有利于提升涂层的塑性和导电性。
78.实施例4：一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，按以下步骤进行：
79.步骤一：将加工好的h13钢基体表面进行预处理，得到平整清洁表面后置于真空干燥箱内，然后在200℃的温度条件下预热1h，得到预热后的钢基体；
80.将钢基体表面进行预处理的具体步骤如下：先将钢基体表面使用400目砂纸进行打磨，然后利用超声波清洗设备超声清洗20min，得到预处理后的钢基体，超声清洗的介质为无水乙醇。
81.步骤二：将实施例1中制备的tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体干燥，得到熔覆材料。
82.步骤三：在通入速率为20l/min的氩气气氛下，采用同轴送粉激光熔覆的方式，将步骤二中的熔覆材料在步骤一中的预热后的钢基体表面原位自生，得到硼化钛-碳化钛-铜复合涂层，所述的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层中含有tib2、tic和cu三种相，以及少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相，单层涂层高硬区深度超过1.2mm。
83.同轴送粉激光熔覆的具体参数如下：激光功率为1400w，激光束光斑直径为3mm，激光扫描速度为240mm/min，进粉速度为0.9r/min，送粉气体为氩气，氩气的通入速率为10l/min。
84.图2为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的xrd图；如图2所示，通过1400w曲线可以看出涂层中原位生成了tib2和tic两种陶瓷增强相，同时也生成了少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相。
85.图8为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的显微硬度分布图；通过1400w曲线可以看出涂层的硬度较基体有明显的提高，涂层硬度分布均匀，随着离涂层表面的距离增大，硬度下降趋势较为平缓，直至进入热影响区之后涂层硬度快速下降直至达到基体硬度值。
86.综上所述，实施例4制备的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层与基体形成良好的冶金结合，采用tio
2-b4c-c碳热反应体系原位生成的tib2和tic陶瓷增强相分布均匀，不仅显著提高了涂层的硬度，而且保证了整个熔覆区硬度分布均匀，对提高涂层的耐磨性能极为有利，同时纯cu粘结相的加入，有利于提升涂层的塑性和导电性。
87.实施例5：一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，按以下步骤进行：
88.步骤一：将加工好的h13钢基体表面进行预处理，得到平整清洁表面后置于真空干燥箱内，然后在200℃的温度条件下预热1h，得到预热后的钢基体；
89.将钢基体表面进行预处理的具体步骤如下：先将钢基体表面使用400目砂纸进行打磨，然后利用超声波清洗设备超声清洗20min，得到预处理后的钢基体，超声清洗的介质为无水乙醇。
90.步骤二：将实施例1中制备的tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体干燥，得到熔覆材料。
91.步骤三：在通入速率为20l/min的氩气气氛下，采用同轴送粉激光熔覆的方式，将步骤二中的熔覆材料在步骤一中的预热后的钢基体表面原位自生，得到硼化钛-碳化钛-铜复合涂层，所述的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层中含有tib2、tic和cu三种相，以及少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相，单层涂层高硬区深度超过1.2mm。
92.同轴送粉激光熔覆的具体参数如下：激光功率为1600w，激光束光斑直径为3mm，激光扫描速度为240mm/min，进粉速度为0.9r/min，送粉气体为氩气，氩气的通入速率为10l/min。
93.图2为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的xrd图；如图2所示，通过1600w曲线可以看出涂层中原位生成了tib2和tic两种陶瓷增强相，同时也生成了少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相。
94.图8为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的显微硬度分布图；通过1600w曲线可以看出涂层的硬度较基体有明显的提高，涂层硬度分布均匀，随着离涂层表面的距离增大，硬度下降趋势较为平缓，直至进入热影响区之后涂层硬度快速下降直至达到基体硬度值。
95.综上所述，实施例5制备的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层与基体形成良好的冶金结合，采用tio
2-b4c-c碳热反应体系原位生成的tib2和tic陶瓷增强相分布均匀，不仅显著提高了涂层的硬度，而且保证了整个熔覆区硬度分布均匀，对提高涂层的耐磨性能极为有利，同时纯cu粘结相的加入，有利于提升涂层的塑性和导电性。
96.实施例6：一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，按以下步骤进行：
97.步骤一：将加工好的h13钢基体表面进行预处理，得到平整清洁表面后置于真空干燥箱内，然后在200℃的温度条件下预热1h，得到预热后的钢基体；
98.将钢基体表面进行预处理的具体步骤如下：先将钢基体表面使用400目砂纸进行打磨，然后利用超声波清洗设备超声清洗20min，得到预处理后的钢基体，超声清洗的介质为无水乙醇。
99.步骤二：将实施例1中制备的tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体干燥，得到熔覆材料。
100.步骤三：在通入速率为20l/min的氩气气氛下，采用同轴送粉激光熔覆的方式，将步骤二中的熔覆材料在步骤一中的预热后的钢基体表面原位自生，得到硼化钛-碳化钛-铜复合涂层，所述的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层中含有tib2、tic和cu三种相，以及少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相，单层涂层高硬区深度超过1.2mm。
101.同轴送粉激光熔覆的具体参数如下：激光功率为1800w，激光束光斑直径为3mm，激光扫描速度为240mm/min，进粉速度为0.9r/min，送粉气体为氩气，氩气的通入速率为10l/min。
102.图2为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的xrd图；如图2所示，通过1800w曲线可以看出涂层中原位生成了tib2和tic两种陶瓷增强相，同时也生成了少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相。
103.图8为实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的显微硬度分布图；通过1800w曲线可以看出涂层的硬度较基体有明显的提高，涂层硬度分布均匀，随着离涂层表面的距离
增大，硬度下降趋势较为平缓，直至进入热影响区之后涂层硬度快速下降直至达到基体硬度值。
104.综上所述，实施例6制备的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层与基体形成良好的冶金结合，采用tio
2-b4c-c碳热反应体系原位生成的tib2和tic陶瓷增强相分布均匀，不仅显著提高了涂层的硬度，而且保证了整个熔覆区硬度分布均匀，对提高涂层的耐磨性能极为有利，同时纯cu粘结相的加入，有利于提升涂层的塑性和导电性。
105.实施例7：一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，按以下步骤进行：
106.步骤一：将加工好的h13钢基体表面进行预处理，得到平整清洁表面后置于真空干燥箱内，然后在200℃的温度条件下预热1h，得到预热后的钢基体；
107.将钢基体表面进行预处理的具体步骤如下：先将钢基体表面使用400目砂纸进行打磨，然后利用超声波清洗设备超声清洗20min，得到预处理后的钢基体，超声清洗的介质为无水乙醇。
108.步骤二：将实施例1中制备的tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体干燥，得到熔覆材料。
109.步骤三：在通入速率为20l/min的氩气气氛下，采用同轴送粉激光熔覆的方式，将步骤二中的熔覆材料在步骤一中的预热后的钢基体表面原位自生，得到硼化钛-碳化钛-铜复合涂层，所述的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层中含有tib2、tic和cu三种相，以及少量中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相，单层涂层高硬区深度超过1.2mm。
110.同轴送粉激光熔覆的具体参数如下：激光功率为1800w，激光束光斑直径为3mm，激光扫描速度为360mm/min，进粉速度为1.2r/min，送粉气体为氩气，氩气的通入速率为10l/min。
111.对比实施例1：
112.1.郭晓琴,郭永春,顾林喻.激光熔覆cu-tib2复合材料涂层及其耐磨性[j].热加工工艺,2004(11):22-23+26.
[0113]
文献1中tib
2-cu复合涂层的硬度在480～580hv，单层高硬度深度不足0.2mm，而本发明中实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的平均硬度为910-961hv0.2，单层高硬度深度超过1.2mm，均远高于文献1，表现出更高的硬度和耐磨性。
[0114]
对比实施例2：
[0115]
2.周芳,朱涛,何良华.激光熔覆原位合成tic-tib2复合涂层[j].中国表面工程,2013,26(06):29-34.
[0116]
文献2中tic-tib2增强复合涂层的平均硬度在720-760hv0.2之间，单层涂层高硬度深度不足0.8mm，且只能在较窄的激光熔覆工艺范围内制备出上述涂层。而本发明中实施例2-6中硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的平均硬度为910-961hv0.2，单层高硬度深度超过1.2mm，均远高于文献2，表现出更高的硬度和耐磨性。

技术特征：
1.一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：步骤一：将钢基体表面进行预处理，然后预热，得到预热后的钢基体；步骤二：将tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体干燥，得到熔覆材料；步骤三：在保护气体的气氛下，采用同轴送粉激光熔覆的方式，将步骤二中的熔覆材料在步骤一中的预热后的钢基体表面原位自生，得到硼化钛-碳化钛-铜复合涂层，激光功率为1000～1800w。2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于步骤一中所述的钢基体为h13钢。3.根据权利要求1所述的一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于步骤一中将钢基体表面进行预处理的具体步骤如下：先将钢基体表面使用400目砂纸进行打磨，然后进行超声清洗，得到预处理后的钢基体。4.根据权利要求3所述的一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于超声清洗的时间为10～30min。5.根据权利要求3或4所述的一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于超声清洗的介质为无水乙醇或丙酮。6.根据权利要求1所述的一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于步骤一中在150～300℃的温度条件下预热1～2h。7.根据权利要求1所述的一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于步骤二中所述的tio
2-b4c-c-cu四元复合球形粉体由tio2粉、b4c粉、石墨粉和cu粉组成，tio2粉、b4c粉、石墨粉与cu粉的质量比为(20～21)：(7～8)：(4.5～6)：(18～20)。8.根据权利要求1所述的一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于步骤三中所述的保护气体为氩气，氩气的通入速率为18～25l/min。9.根据权利要求1所述的一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于步骤三中同轴送粉激光熔覆的具体参数如下：激光束光斑直径为2～3mm，激光扫描速度为240～600mm/min，进粉速度为0.7～1.5r/min，送粉气体为氩气，氩气的通入速率为9～15l/min。10.根据权利要求1所述的一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，其特征在于步骤三中所述的硼化钛-碳化钛-铜复合涂层中含有tib2、tic和cu三种相，以及中间反应产物ti5o9、ti4o7、ti3o5和b2o3相。

技术总结
一种激光熔覆原位自生硼化钛-碳化钛-铜复合涂层的制备方法，涉及激光表面强化技术领域。本发明的目的是为了解决目前还未有利用粘结相Cu和TiO


技术研发人员：赵汉卿 孟玲玉 胡明 邸可新
受保护的技术使用者：佳木斯大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/13