[發明專利]一種制備Ti/BNNSs復合涂層的方法及應用

有效

• 申請號: 202011118577.4
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112475301B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 李瑞濤;張成;王勻;龐高龍;李富柱;張斌;郭俊;陳尚爽;楊志濤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;C23C24/04;B22F3/105;B82Y30/00;B82Y40/00
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1.一種制備Ti/BNNSs復合涂層的工藝方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：將六方氮化硼h-BN進行高能球磨與超聲分散，制備出氮化硼納米片BNNSs；

步驟二：將BNNSs與原始Ti粉通過球磨制備出Ti/BNNSs復合粉末；

步驟三：將Ti/BNNSs復合粉末通過冷噴涂的方式噴涂到工件上，得到Ti/BNNSs復合涂層；

步驟四：使用放電等離子燒結SPS方式對Ti/BNNSs復合涂層進行后處理，使得Ti/BNNSs復合涂層中的鈦和二維BNNSs發生原位反應生成零維TiB₂納米顆粒與一維TiB納米線。

2.根據權利要求1所述的制備Ti/BNNSs復合涂層的工藝方法，其特征在于，在步驟二中，通過設置球磨機的轉速、時間和球料比對混合粉末進行研磨，實現復合粉末粒徑的調控和BNNSs的均勻分散，得到Ti/BNNSs復合粉末。

3.根據權利要求1所述的制備Ti/BNNSs復合涂層的工藝方法，其特征在于，步驟一中，將h-BN粉末在球磨罐中配比，每個球磨罐中放置100ml酒精與10g h-BN，球料比20:1，大中小研磨球的重量比例分別為5:3:2，研磨球的直徑分別為15mm，10mm，5mm；向球磨罐內通Ar氣并密封，球磨轉速設置為350 r/min，球磨總時間設置為80 min，單次運行時間設置為2min，單次停頓時間設置為2 min；球磨結束后，將球磨液取出進行超聲分散，時間為2 h；超聲結束后取上層清液，放入真空干燥箱內抽真空進行干燥，干燥后的粉末即為BNNSs。

4.根據權利要求1所述的制備Ti/BNNSs復合涂層的工藝方法，其特征在于，步驟二中，將制備的BNNSs與原始Ti粉在球磨罐內進行混合，Ti粉的平均粒徑為29μm，BNNSs的體積比例為0.1%，球料比20:1；向球磨罐內通Ar氣并密封，球磨轉速設置為50 r/min，球磨總時間設置為2 h，單次運行時間設置為2 min，單次停頓時間設置為2 min，最終制備得到Ti/BNNSs復合粉末。

5.根據權利要求1至4任一項所述的制備Ti/BNNSs復合涂層的工藝方法，其特征在于，在步驟三中，將冷噴涂腔室預先抽真空，將Ti/BNNSs復合粉末送入冷噴涂氣體，以壓縮氮氣作為工作氣體，帶動粉末碰撞放置于冷噴涂腔室中的基體上，將噴涂粉末原料沉積于工作零件上，形成Ti/BNNSs復合涂層。

6.根據權利要求1至4任一項所述的制備Ti/BNNSs復合涂層的工藝方法，其特征在于，在步驟三中，采用SPS對冷噴涂的復合涂層進行熱處理；利用燒結裝置產生的脈沖電流與壓制壓力去除涂層內部的殘余應力，同時Ti與BNNSs發生原位反應生成TiB納米線與TiB₂納米顆粒，提高復合涂層的力學性能。

7.根據權利要求1至4任一項所述的制備Ti/BNNSs復合涂層的工藝方法，其特征在于，在步驟三中，對Ti/BNNSs復合粉末進行團聚與篩分，采用平均粒徑為40-75μm作為冷噴涂的粉末；采用純度為99.9%的N₂作為推進氣體，通過氣體加熱裝置調整氣體溫度為300~800℃，氣體壓力為1.5-3MPa，送粉速度為20g/min，噴嘴與工件表面的距離為40-50mm，噴嘴與工件表面之間的相對線速度為33-300mm/s，單層噴涂厚度為15-20μm，涂層總厚度為3mm，最終在零件表面形成冷噴涂Ti/BNNSs復合涂層。

8.根據權利要求1至4任一項所述的制備Ti/BNNSs復合涂層的工藝方法，其特征在于，在步驟四中，對冷噴涂后的復合涂層進行SPS，溫度設置為850 ℃，保溫時間設置為5min，升溫速率設置為50 ℃/min，降溫速率設置為50℃/min。

9.根據權利要求1至4任一項所述的制備Ti/BNNSs復合涂層的工藝方法的應用，其特征在于，該工藝方法通過冷噴涂和放電等離子燒結得到的復合涂層中含有零維TiB2納米顆粒與一維TiB納米線，該工藝方法用于再制造和3D打印。