[发明专利]一种原位宽温域耐磨钛合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种原位宽温域耐磨钛合金复合材料及其制备方法，钛合金复合材料包括Ti‑Al‑Ni合金基体，原位反应形成的单质铜、TiOsubgt;2/subgt;和Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，且在高温摩擦条件下形成的高温润滑相CuTiOsubgt;3/subgt;、NiTiOsubgt;3/subgt;和NiO，其制备方法包括以下步骤：(1)将Ti‑Al‑Ni合金粉末和Cu(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;粉末混合球磨为钛合金复合材料粉末；(2)在惰性气体保护环境下，采用高能激光束对钛合金复合材料粉末进行扫略熔凝，Cu(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;分解生成单质铜、二氧化氮和氧气，氧气与Ti‑Al‑Ni合金中的Ti和Al发生原位反应形成TiOsubgt;2/subgt;和Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;；(3)以Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;为摩擦副，在高温摩擦作用下，单质铜与Ti‑Al‑Ni合金中的Ni分别被氧化为CuO和高温润滑相NiO，CuO和高温润滑相NiO再进而与TiOsubgt;2/subgt;反应形成高温润滑相CuTiOsubgt;3/subgt;、NiTiOsubgt;3/subgt;。本发明钛合金复合材料具有优异的界面湿润性和宽温域耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种钛合金及其制备方法，尤其涉及一种原位宽温域耐磨钛合金复合材料及其制备方法。

背景技术

钛合金，尤其是高温钛合金的服役温度高于400℃时仍具有更高的高温强度、疲劳强度、高温蠕变抗力等优异性能，是重要的结构材料。航空发动机中的零部件在发动机运转时处在高温、高转速、高压的极端环境下，因此要求其结构材料要具有相对应的耐高温、抗疲劳、耐高压的性能特点。高温钛合金以其优良的高温力学性能和高温抗蠕变性能能够很好的满足航空发动机的性能要求，因其比强度低、密度低等特点，还可以提高航空发动机的推重比。随着航空飞机制造业的发展，飞机关键部位构件的高温耐磨性问题已成为难点问题，且当前构件服役温度范围更广，不仅其在高温下的摩擦性能，也需要其在中低温下的耐磨性能。复合氧化物陶瓷因在高温作用下能形成润滑相而被应用于增强钛合金而形成陶瓷增强金属基复合材料以提高钛合金的高温的耐磨性能。当前，如WO₃、MoO₃、ZnO等金属氧化物复合直接加入到钛合金中，因氧化物与钛合金间的界面润湿性较弱，致使在受载作用下界面易产生裂纹，导致所形成复合材料的强度下降，进而影响了钛合金的服役性能及寿命。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种具有优异的界面湿润性和原位宽温域耐磨性的钛合金复合材料，并且，本发明还提供了该钛合金复合材料的制备方法。

技术方案：本发明所述的原位宽温域耐磨钛合金复合材料包括Ti-Al-Ni合金基体，原位反应形成的单质铜、TiO₂和Al₂O₃，且在高温摩擦条件下形成的高温润滑相CuTiO₃、NiTiO₃和NiO。

进一步地，所述复合钛合金由Ti-Al-Ni合金粉末和Cu(NO₃)₂粉末制备而成，Ti-Al-Ni合金粉末和Cu(NO₃)₂粉末的质量比为75-95:5-25。

进一步地，所述单质铜由Cu(NO₃)₂通过高能激光束作用分解得到，TiO₂和Al₂O₃由Cu(NO₃)₂通过高能激光束作用分解得到的氧气与Ti-Al-Ni合金中的Ti和Al原位反应而形成。