[发明专利]一种纳米/亚微米TiB－TiC增强钛基复合材料(TiB+TiC)/Ti的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛基复合材料的制备方法，尤其涉及一种纳米/亚微米TiB-TiC增强钛基复合材料(TiB+TiC)/Ti的制备方法。

背景技术

钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性优异、耐热性好等优点，在航天航空、汽车、船舶和化工设备制造等领域获得广泛应用。但钛合金存在摩擦系数大、耐磨性差等致命缺点，严重影响其结构的安全性和使用的可靠性，限制了它的应用。因此，提高钛合金的耐磨性能成为钛合金广泛应用中必须攻克的重要课题。当传统的钛合金材料发展到接近某种性能的最高限度时，就出现了钛合金材料学科研究由传统的无序结构钛合金向有序结构的金属间化合物转移，由固溶强化钛合金向钛合金基复合材料转移的趋势。

目前，粉末冶金法、熔铸法、放热弥散法、自蔓延高温合成法和机械合金化法都已用于原位反应制备钛基复合材料。但是，目前已公开的众多制备技术制备的多为块体钛基复合材料。而本发明人则认为：在实际生产中材料的失效通常是从表面开始的，许多性能的要求也可以是针对表面性能的要求。钛基复合材料通常是作为耐磨、耐热、耐腐蚀材料开发应用的，考虑到整体复合存在成本高且回收使用困难等特点，因此开展对钛基表面复合材料的研究就极具工程意义和实用价值。

在目前众多的材料表面改性技术中，激光熔覆作为一种新型的表面涂层技术也被用于在不同钛基材表面制备熔覆层以改善钛合金耐磨性差的不足。但是大量的研究表明，目前钛合金表面激光改性存在如下问题：

1).粘结材料主要是Ni基自熔合金。该材料存在如下一些问题：

a、NiCrBSi粉末中的多种元素彼此之间可形成硬质相，并且能和很多陶瓷颗粒发生相互作用，导致陶瓷相的溶解和重新析出，从而使陶瓷相的形态、种类以及分布发生很大变化。这些都导致试验重复性较差，容易出现一些质量问题；

b、B在Ni中的溶解度几乎为零，因此易析集于晶界产生偏析，增大热裂倾向，Si也可增大镍基合金的热裂倾向，并形成低熔点的共晶夹杂，促进涂层的开裂；

c、由于激光熔覆的熔池寿命短，Si、B发生脱氧作用时氧化硅、氧化硼化合形成的硼硅酸盐，来不及完全上浮到熔池表面，这种低熔点的硼硅酸盐部分残留在覆层内，会在覆层冷却过程中形成了液态薄膜，在覆层冷却收缩产生的拉应力作用下易产生结晶裂纹；

d、NiCrBSi的粉末和钛合金基体物理参数：如膨胀系数、杨氏模量、热导率等差别较大，这就使得熔覆层的快速凝固收缩就会受到基体的阻碍，从而导致热应力的产生，最终使表层开裂形成宏观裂纹或微观裂纹。

2).增强相多为外加法加入。这就不可避免地存在污染问题以及增强颗粒与基体的界面之间的化学反应问题，从而降低熔覆层的质量。

3).增强相的尺度多为微米级。颗粒较为粗大，不利于熔覆层综合力学性能的进一步提高。

因此，探索并提出新的技术途径来解决目前钛合金表面存在的摩擦系数大、耐磨性差等致命缺点，从而提高其结构的安全性和使用的可靠性，拓展钛合金应用领域，已成为必须攻克的重要课题。

发明内容

本发明的目的：在于克服现有技术制备钛合金表面改性层所存在的缺陷，提供一种成本低廉、耐磨性能优异且和基体具有良好结合性能的纳米/亚微米TiB-TiC增强钛基复合材料(TiB+TiC)/Ti及其制备方法。

这种制备纳米/亚微米TiB-TiC增强钛基复合材料(TiB+TiC)/Ti的方法，通过以下技术方案来实施。

这种纳米/亚微米TiB-TiC增强钛基复合材料(TiB+TiC)/Ti的制备方法，该方法采用激光熔覆原位合成技术、等离子致密化造粒技术以及添加稀土氧化物的方式制备纳米/亚微米TiB-TiC增强钛基复合材料(TiB+TiC)/Ti，该方法包括以下工艺步骤：

(1)将反应物Ti、反应物B₄C和稀土氧化物CeO₂粉末先驱体均匀混合后经等离子致密化造粒组装成粒度约30μm的粘合颗粒；

(2)在钛合金Ti-6Al-4V基底上先冷喷涂一层厚度约为0.5-1.0mm的粘合颗粒，形成预组装层；

(3)在上述预组装层表面涂上能增加对CO₂激光吸收率的液体吸光涂料；所述液体吸光涂料由选自氧化锌、氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝或稀土氧化物的纳米氧化物主料、以及作为粘接剂的聚乙烯醇、作为包覆剂的聚乙二醇、作为防锈剂的亚硝酸钠、作为乳化剂的OP-10、作为分散剂的P-19、去离子水组成；