[发明专利]高硬度耐磨型网状结构双金属钛基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高硬度耐磨型网状结构双金属钛基复合材料，以钛或钛合金为基体，复合用金属与钛或钛合金基体原位自生的金属间化合物颗粒相、复合用金属依次呈套环状分布在钛或钛合金基体的表面，形成网状结构双金属钛基复合材料；本发明还公开了一种高硬度耐磨型网状结构双金属钛基复合材料的制备方法，该方法将基体粉末与经高能球磨处理后的复合用金属粉末进行高能球磨复合，再进行烧结。本发明利用复合用金属良好的自润滑效应以及金属间化合物颗粒相的分布强化效应，提高了双金属钛基复合材料的抗摩擦磨损性能和硬度；本发明采用高能球磨法制备双金属钛基复合粉体，无需对原料进行清洗、敏化和活化，工艺简单，可操作性强，适宜大规模产业化。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种高硬度耐磨型网状结构双金属钛基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，许多工业领域对使用材料的综合性能提出了更高的要求。而传统单一基体的复合材料，如钛基复合材料，其性能存在极大的局限性，特别是在高温高压等极端的服役环境下往往存在重大的缺陷，已无法满足航空航天等领域的高韧性、耐磨性以及低密度使用要求。而多种不同物理化学性质的金属材料采用特殊的工艺技术复合在一起，形成了多金属的复合材料可以有效的克服了上述单一复合材料的缺点，呈现出优良的综合性能，以满足现代高技术发展中高温高压等极端的服役环境下的材料的服役要求。

钛基复合材料作为一种新型的金属基结构材料，呈现出许多优异的力学性能，具有重要的使用价值。例如美国Dynamet技术公司开发的CermeTi系列TiC颗粒增强Ti-6Al-4V复合材料，已经成功的应用于半球形火箭壳体、导弹壳体以及航空发动机零件等。但是由于钛基复合材料的钛基体硬度低、增强体与钛基体结合能力的差异以及抗塑变剪切能力和表面抗氧化能力较差等原因，导致其耐磨性较差，严重影响钛基复合材料的服役寿命和使用范围。因此，设计研发一种新结构的耐磨损型钛基复合材料具有重要的工业化应用背景和重大产业升级的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高硬度耐磨型网状结构双金属钛基复合材料。该钛基复合材料中复合用金属与钛或钛合金原位自生成的金属间化合物颗粒相、复合用金属依次呈套环状均匀连续地分布在钛或钛合金基体的表面，形成网状结构双金属钛基复合材料，利用复合用金属具有良好的自润滑效应以及金属间化合物颗粒相的分布强化效应，大大提高了双金属钛基复合材料的抗摩擦磨损性能和硬度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：高硬度耐磨型网状结构双金属钛基复合材料，其特征在于，以钛或钛合金为基体，复合用金属与钛或钛合金基体原位自生的金属间化合物颗粒相、复合用金属依次呈套环状分布在钛或钛合金基体的表面，形成网状结构双金属钛基复合材料；所述复合用金属的硬度小于钛或钛合金基体的硬度，复合用金属的延展性大于钛或钛合金基体；所述网状结构中的网格平均等效直径不超过150μm，所述网状结构双金属钛基复合材料的维氏显微硬度较对应相同的钛或钛合金制备的钛基材料提高了40Hv～70Hv，平均摩擦系数降低了0.02～0.08。

本发明的双金属钛基复合材料以钛或钛合金为基体，该基体位于网状结构的网格中心部位，复合用金属与钛或钛合金原位自生的金属间化合物颗粒相、复合用金属依次呈套环状均匀连续地分布在钛或钛合金基体的表面，形成网状结构双金属钛基复合材料。本发明的双金属钛基复合材料中复合用金属呈套环状分布在钛或钛合金基体的表面外层并形成一定的网格结构，与金属间化合物颗粒相形成类似糖衣的多层结构，由于复合用金属具有优异的延展塑性，在抗摩擦磨损过程中呈现出良好的自润滑效应，因此，双金属钛基复合材料的抗摩擦磨损性能得到提高；而复合用金属与钛或钛合金基体原位自生的金属间化合物颗粒相呈套环状分布在钛或钛合金基体的表面并形成一定的网格结构，由于该金属间化合物颗粒相的硬度远远大于钛或钛合金基体以及复合用金属，且呈准纳米级不规则球状分布，从而进一步提高了双金属钛基复合材料的抗摩擦磨损性能，另外，该金属间化合物颗粒相位于钛或钛合金基体和复合用金属之间，提高了两者的复合紧密程度和结合强度，从而提高了双金属钛基复合材料的硬度。