[发明专利]一种双层结构TC4基钛合金自润滑材料及其制备方法

权利要求书

1.一种TC4基钛合金自润滑材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)TC4基钛合金自润滑材料为双层结构，分为顶层和底层，顶层和底层分别为石墨烯添加量不同的TC4基钛合金自润滑材料，以TC4钛合金为基体；顶层结构中石墨烯的添加量为基体TC4钛合金质量的(1.5～2.5)wt.％，底层中石墨烯的添加量为基体TC4钛合金质量的(0.5～1.0)wt.％；

根据底层结构和顶层结构中TC4钛合金的组成元素及其含量，分别称取其TC4钛合金的组成元素的单质粉末，作为基体原料粉末；分别按TC4钛合金质量的(0.5～1.0)wt.％和(1.5～2.5)wt.％，分别选取底层结构和顶层结构中石墨烯粉末，分别与基体原料粉末按比例混合均匀，得到底层结构和顶层结构的原料粉末；其中，所述TC4钛合金中各组成元素的单质粉末为Ti粉、Al粉、V粉、Fe粉、C粉，粉末粒径均为30～55μm；石墨烯的平均厚度为5～15nm，径向尺寸为0.5～20μm；

2)将步骤1)所得原料粉末分别在惰性气体的保护下进行高温熔化，分别得到底层结构和顶层结构的熔融合金液；

3)将步骤2)所得的两种熔融合金液分别进行真空气雾化，雾化所得熔滴冷却凝固后形成球形金属粉末，即分别为底层结构和顶层结构所需的含石墨烯的TC4基钛合金球形粉末；

4)分别选取底层结构和顶层结构所需的含石墨烯的TC4基钛合金球形粉末，依次加入到送粉设备中，采用激光熔融沉积工艺将其在激光的高温下烧结为金属液，然后通过逐层叠加的方式，得到双层结构TC4基钛合金自润滑材料；

所述双层结构TC4基钛合金自润滑材料，顶层的厚度为(1.0～1.5)mm，底层的厚度为(6.5～7)mm；摩擦系数平均值为0.2～0.27，磨损率为4.6×10^-5～5.2×10^-5mm³/(Nm)。

2.根据权利要求1所述的TC4基钛合金自润滑材料的制备方法，其特征在于所述高温熔融工艺为：真空度<0.05MPa，含氧量<100ppm，熔化温度为1200～1400℃。

3.根据权利要求1所述的TC4基钛合金自润滑材料的制备方法，其特征在于所述真空气雾化工艺为：保护气氛，保护气体进口压力为4.6～5.4MPa，熔融合金液流量为1.6～2.4kg/min。

4.根据权利要求1所述的TC4基钛合金自润滑材料的制备方法，其特征在于所述含石墨烯的TC4基钛合金球形粉末，粒径在45～80μm范围内。

5.根据权利要求1所述的TC4基钛合金自润滑材料的制备方法，其特征在于所述激光熔融沉积工艺参数为：激光功率4～5kW，扫描速率1.2～1.6m/min，送粉率10～30g/min，扫描层厚为0.08～0.1mm。