[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

摘要

本发明涉及一种双层结构TC4基钛合金自润滑材料，它以TC4钛合金为基体材料，以石墨烯为润滑相和增强相，依次经过振动混料、高温熔融、真空气雾化、激光熔融沉积工艺制备顶层和底层含不同添加量石墨烯的TC4基钛合金自润滑材料。该自润滑材料将石墨烯通过梯度分布原位复合在TC4钛合金基体中，所得的自润滑材料在摩擦磨损过程中的摩擦系数和磨损率较低，相比于润滑相和增强相分布均匀的自润滑材料，既能更好、更快地实现减摩耐磨性能，又能节省贵重润滑相和增强相石墨烯，且制备过程中工艺参数容易控制，对提高自润滑材料的摩擦学性能及其工业化应用具有重要意义。

主权项

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)。