[發明專利]一種鈦合金表面涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202110441749.X
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113136543A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 陳云貴;劉少鵬
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C23C12/02
• 分類號: C23C12/02;B22F3/24
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 唐亭

本發明公開了一種鈦合金表面涂層及其制備方法，所述制備方法包括以下步驟：配置鈦合金粉末和鈦合金基涂層粉末，所述鈦合金粉末包括氫化鈦粉、合金元素粉；所述鈦合金基涂層粉末包括氫化鈦粉、合金元素粉、以及碳化硅粉末，且鈦合金粉末和鈦合金基涂層粉末的合金元素粉相同；采用模壓成形，得到零件生胚，其中鈦合金基涂層粉末可鋪設在模腔底部、鈦合金粉末上部或同時在鈦合金粉末上下部位；對所述零件生胚在1250?1350℃條件下真空燒結1?4h，得到所述鈦合金表面涂層。本發明制備得到的鈦合金基涂層與基體之間的界面結合良好，零件工作面具有耐磨及抗氧化的特點，制備工藝過程簡單，容易實現規模化生產。

技術領域

本發明涉及材料表面工程技術領域，特別涉及一種鈦合金表面涂層及其制備方法。

背景技術

作為地殼中第九豐富的元素，也是金屬結構材料中第四豐富的元素，鈦金屬在過去的半個多世紀受到了廣泛的關注。相比于其他常用金屬材料(如Fe、Ni、Cu等)，鈦及鈦合金的密度小，比強度和比剛度高，力學性能、抗疲勞和蠕變性能好，是一種極具潛力的新型結構材。近年來，世界鈦工業和鈦材加工技術發展迅速，海綿鈦、鈦加工材和變形鈦合金的生產和消費都達到了較高水平，在化工、航空航天、船舶和兵器等領域的應用日益廣泛。此外，鈦合金還具有良好的生物相容性和耐蝕性，在汽車、海洋工程、醫學器械等領域具有巨大的應用潛力。

盡管鈦合金在上述領域中的應用較為廣泛，但仍存在如下問題：(1)由于磨損性能較差，它在國防、汽車、體育器械等工業領域的應用受到了極大的限制。(2)在航空航天等領域，鈦合金常常應用于高溫環境下，但鈦合金的抗氧化性能會隨著溫度的升高而急劇下降，這限制了它的應用范圍。

發明內容

針對上述問題，本發明旨在提供一種鈦合金表面涂層及其制備方法，利用碳化硅誘導生成Ti₅Si₃和TiC納米強化相，增強鈦合金的耐磨性和高溫抗氧化性。

本發明的技術方案如下：

一方面，提供一種鈦合金表面涂層的制備方法，包括以下步驟：

配置鈦合金粉末和鈦合金基涂層粉末，并采用模壓成形，得到零件生胚；

對所述零件生胚在1250-1350℃條件下真空燒結1-4h，得到所述鈦合金表面涂層。

作為優選，所述鈦合金粉末包括氫化鈦粉、合金元素粉；所述鈦合金基涂層粉末包括氫化鈦粉、合金元素粉、以及碳化硅粉末；所述鈦合金粉末和所述鈦合金基涂層粉末中的合金元素粉相同。

作為優選，所述碳化硅粉末的中值粒徑小于10μm。

作為優選，所述碳化硅粉末的含量通過下式計算得到：

wt.％SiC≈0.17×vol.％(Ti₅Si₃+TiC) (1)

式中：wt.％SiC為碳化硅粉末的含量；vol.％(Ti₅Si₃+TiC)為設定的Ti₅Si₃+TiC增強相的體積分數。

作為優選，所述增強相的體積分數大于0％，且小于等于20％。

作為優選，模壓成形時，在壓制溫度為25-300℃、壓制壓力為400-800MPa的條件下保壓1-4min。

作為優選，模壓成形時，在保護性氣氛下進行，所述保護性氣氛為氮氣、氬氣、二氧化碳中的任意一種。

作為優選，模壓成形時，所述鈦合金基涂層粉末鋪設在模腔底部、鈦合金粉末上部或同時在鈦合金粉末的上部和下部。

作為優選，真空燒結時，真空度小于5×10^-3Pa。