[发明专利]一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末的制备方法包括如下步骤：(1)将钛基材料和陶瓷粉末混合均匀、静置，得到混合粉末；(2)将混合粉末进行真空热压烧结处理，得到钛基复合材料；(3)对钛基复合材料进行旋转制粉，得到高硬度耐磨球形钛基复合粉末。本发明制备的高硬度耐磨球形钛基复合粉末陶瓷增强相含量高且分布均匀、粉末粒径分布范围窄、球形度高、流动性好、硬度高，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层的硬度高、耐磨性能优异。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料技术领域，特别涉及一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法。

背景技术

钛合金以及钛基复合材料以其轻质、高强韧、耐热和耐腐蚀的性能特点，在航空航天、武器装备以及交通运输领域具有广泛的应用前景，然而高强韧钛合金与钛基复合材料硬度较低，耐磨性较差，在耐磨损构件方面的应用受到了限制；在众多耐磨涂层中，通过激光熔覆技术制备的高体积分数陶瓷相强化钛基复合材料耐磨涂层具有与基底材料结合强度高、化学相容性好、厚度与耐磨性可调控的优点，其工业生产与应用前景最为广阔。

传统的激光熔覆工艺主要是将球形钛合金粉末和陶瓷粉末原料经球磨混合均匀后直接同轴送粉熔覆或者制备出粉芯焊丝进行熔覆，在激光束作用下熔化混合并快速冷却后制备出复合材料涂层。该种方法存在以下缺点：第一，为有效提升硬度与耐磨性，引入的陶瓷相含量高，混合粉末或者粉芯钛丝的形式容易导致增强体局部团聚从而引起后续钛基复合材料涂层组织不均匀，因此耐磨性不稳定；第二，为了使陶瓷增强相与钛合金基体界面结合良好，大多数陶瓷粉末原料在熔覆过程中会与钛合金基体发生化学反应生成新的增强体，例如以TiB₂、石墨、碳化硼和硅粉会经过反应分别生成TiB、TiC、TiB+TiC、Ti-Si金属间化合物等增强相。此外，采用上述混合粉末或粉芯钛丝时，反应放出的热量会增加局部残余热应力；同时陶瓷聚集区和钛合金区域的物理性质差异较大使得局部熔化与凝固收缩特征不同，从而导致激光熔覆制备的钛基复合材料涂层易出现宏观开裂和内部孔洞的缺陷。

为了降低开裂与孔洞缺陷，提高涂层质量，开发高陶瓷含量的钛基复合粉末直接熔覆变得尤为重要；公开号为CN110340371A的专利公开了一种颗粒增强钛基复合材料增材制造用粉末的制备方法，先熔炼制备钛基复合材料块体，随后采用气雾化制粉技术制备钛基复合粉末，但该种技术仅适用于制备低陶瓷含量的复合粉末，当陶瓷含量大幅增加时，熔炼的块体复合材料组织不均匀且熔点高，也给后续的气雾化流程带来了挑战，因而不适用于制备高陶瓷含量的钛基复合粉末。

发明内容

本发明提供了一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法，本发明制备的高硬度耐磨球形钛基复合粉末陶瓷增强相体积分数高且分布均匀、粒径分布范围窄、球形度高、流动性好，硬度高，适用于制备钛合金表面的复合耐磨涂层，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层的硬度高，耐磨性能优异。

本发明在第一方面提供了一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)将钛基材料和陶瓷粉末混合均匀、静置，得到混合粉末；

(2)将所述混合粉末进行真空热压烧结处理，得到钛基复合材料；

(3)对所述钛基复合材料进行旋转制粉，得到所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末。

优选地，在步骤(1)中，所述钛基材料和所述陶瓷粉末在氩气环境中通过球磨混匀后，并在球磨罐中静置6h；

所述球磨的球磨转速为300～400r/min，球磨时间为5～10h，球料比为(5～10):1。

优选地，在步骤(1)中，所述混合粉末中所述陶瓷粉末的含量为5～20wt％。

优选地，在步骤(1)中：所述钛基材料为纯钛粉末、TC4钛合金粉末或TA15钛合金粉末中的一种；优选的是，所述钛合金粉末的粒径为10～53μm；