[發明專利]一種高硬度耐磨球形鈦基復合粉末及其制備方法

在審

• 申請號: 202210444936.8
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114713832A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 安琦;黃陸軍;陳潤;王存玉;張芮;孫楓泊;龔德龍;熊少聰;耿林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F9/10
• 分類號: B22F9/10;B22F1/065;B22F3/14;C22C1/05;C22C14/00;C22C32/00;C23C24/10
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 譚輝

本發明提供了一種高硬度耐磨球形鈦基復合粉末及其制備方法，該高硬度耐磨球形鈦基復合粉末的制備方法包括如下步驟：(1)將鈦基材料和陶瓷粉末混合均勻、靜置，得到混合粉末；(2)將混合粉末進行真空熱壓燒結處理，得到鈦基復合材料；(3)對鈦基復合材料進行旋轉制粉，得到高硬度耐磨球形鈦基復合粉末。本發明制備的高硬度耐磨球形鈦基復合粉末陶瓷增強相含量高且分布均勻、粉末粒徑分布范圍窄、球形度高、流動性好、硬度高，該高硬度耐磨球形鈦基復合粉末通過激光熔覆制備成熔覆層的硬度高、耐磨性能優異。

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料技術領域，特別涉及一種高硬度耐磨球形鈦基復合粉末及其制備方法。

背景技術

鈦合金以及鈦基復合材料以其輕質、高強韌、耐熱和耐腐蝕的性能特點，在航空航天、武器裝備以及交通運輸領域具有廣泛的應用前景，然而高強韌鈦合金與鈦基復合材料硬度較低，耐磨性較差，在耐磨損構件方面的應用受到了限制；在眾多耐磨涂層中，通過激光熔覆技術制備的高體積分數陶瓷相強化鈦基復合材料耐磨涂層具有與基底材料結合強度高、化學相容性好、厚度與耐磨性可調控的優點，其工業生產與應用前景最為廣闊。

傳統的激光熔覆工藝主要是將球形鈦合金粉末和陶瓷粉末原料經球磨混合均勻后直接同軸送粉熔覆或者制備出粉芯焊絲進行熔覆，在激光束作用下熔化混合并快速冷卻后制備出復合材料涂層。該種方法存在以下缺點：第一，為有效提升硬度與耐磨性，引入的陶瓷相含量高，混合粉末或者粉芯鈦絲的形式容易導致增強體局部團聚從而引起后續鈦基復合材料涂層組織不均勻，因此耐磨性不穩定；第二，為了使陶瓷增強相與鈦合金基體界面結合良好，大多數陶瓷粉末原料在熔覆過程中會與鈦合金基體發生化學反應生成新的增強體，例如以TiB₂、石墨、碳化硼和硅粉會經過反應分別生成TiB、TiC、TiB+TiC、Ti-Si金屬間化合物等增強相。此外，采用上述混合粉末或粉芯鈦絲時，反應放出的熱量會增加局部殘余熱應力；同時陶瓷聚集區和鈦合金區域的物理性質差異較大使得局部熔化與凝固收縮特征不同，從而導致激光熔覆制備的鈦基復合材料涂層易出現宏觀開裂和內部孔洞的缺陷。

為了降低開裂與孔洞缺陷，提高涂層質量，開發高陶瓷含量的鈦基復合粉末直接熔覆變得尤為重要；公開號為CN110340371A的專利公開了一種顆粒增強鈦基復合材料增材制造用粉末的制備方法，先熔煉制備鈦基復合材料塊體，隨后采用氣霧化制粉技術制備鈦基復合粉末，但該種技術僅適用于制備低陶瓷含量的復合粉末，當陶瓷含量大幅增加時，熔煉的塊體復合材料組織不均勻且熔點高，也給后續的氣霧化流程帶來了挑戰，因而不適用于制備高陶瓷含量的鈦基復合粉末。

發明內容

本發明提供了一種高硬度耐磨球形鈦基復合粉末及其制備方法，本發明制備的高硬度耐磨球形鈦基復合粉末陶瓷增強相體積分數高且分布均勻、粒徑分布范圍窄、球形度高、流動性好，硬度高，適用于制備鈦合金表面的復合耐磨涂層，該高硬度耐磨球形鈦基復合粉末通過激光熔覆制備成熔覆層的硬度高，耐磨性能優異。

本發明在第一方面提供了一種高硬度耐磨球形鈦基復合粉末的制備方法，該制備方法包括如下步驟：

(1)將鈦基材料和陶瓷粉末混合均勻、靜置，得到混合粉末；

(2)將所述混合粉末進行真空熱壓燒結處理，得到鈦基復合材料；

(3)對所述鈦基復合材料進行旋轉制粉，得到所述高硬度耐磨球形鈦基復合粉末。

優選地，在步驟(1)中，所述鈦基材料和所述陶瓷粉末在氬氣環境中通過球磨混勻后，并在球磨罐中靜置6h；

所述球磨的球磨轉速為300～400r/min，球磨時間為5～10h，球料比為(5～10):1。

優選地，在步驟(1)中，所述混合粉末中所述陶瓷粉末的含量為5～20wt％。

優選地，在步驟(1)中：所述鈦基材料為純鈦粉末、TC4鈦合金粉末或TA15鈦合金粉末中的一種；優選的是，所述鈦合金粉末的粒徑為10～53μm；