[发明专利]金属钛及钛合金基材表面真空热压烧结耐磨涂层制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及金属钛及钛合金真空热压烧结耐磨涂层的制备方法。

背景技术：

目前采用溅射等方法在金属钛及钛合金表面形成等原子比或近等原子比钛镍合金薄膜，得到了广泛的应用和研究，但这种薄膜的耐磨料磨损性能不足。为了有效提高金属钛及钛合金表面的耐磨料磨损性能，需要形成一层厚的耐磨(改质)层。这种厚的耐磨层通常采用激光熔覆或氮化处理等方法获得。但这样的耐磨层不仅弹性极限较高，而且弹性系数也较大，而单纯的热喷涂形成的耐磨层又难以获得致密的组织结构，因此这些方法形成的耐磨层往往由于与基材之间的弹性系数和弹性变形量不一致而不同程度地降低其疲劳寿命(有的甚至高达60％)。如果用激光熔覆或热喷涂后重熔的方法在金属钛及钛合金表面上覆盖钛镍合金与二硼化钛(TiB₂)的复合体改质层，一方面由于引起基材的大量熔化，故难以形成具有超弹性性能TiNi(β)相基体，同时TiB₂在高温下易于与Ti反应形成针状的TiB，降低复合体的耐磨性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属钛及钛合金基材表面真空热压烧结耐磨涂层制备方法，该耐磨涂层具有较高耐磨料磨损性能、稳定的超弹性性能的TiNi(β)相基体、可有效改善金属钛及钛合金疲劳性能的特点。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种金属钛基材表面真空热压烧结耐磨涂层的制备方法为：

以平均颗粒直径为5-50μm、纯度为99.5％以上近似球形等原子比的钛粉和镍粉为基础原料，添加10-30mol％、平均粒径为1-3μm、纯度为99％以上的二硼化钛(TiB₂)粉末，将上述钛、镍和二硼化钛粉末混合均匀后，均匀涂敷于表面去除氧化膜且在丙酮溶液中进行10分钟的超声波脱脂处理的块体金属钛上，自然堆积厚度为2-3mm。将涂敷钛、镍和二硼化钛混合粉体的块体金属钛放入石墨模具之中，再将石墨模具置于真空热压炉中，抽真空至10^-1Pa压力以下，对石墨模具中的块体金属钛及其上面的混合粉末施加23.5-30MPa的轴向压力，将石墨模具及其中的块体金属钛和混合粉末加热至1173-1273K温度，保温30分钟后卸除载荷，在真空条件下冷却到673K以下打开真空热压炉，取出石墨模具冷却至室温，从石墨模具中取出金属钛，该金属钛表面已经形成了一层钛镍合金和二硼化钛复合体耐磨涂层。

一种钛合金基材表面真空热压烧结耐磨涂层的制备方法为：

以平均颗粒直径为5-50μm、纯度为99.5％以上近似球形等原子比的钛粉和镍粉为基础原料，添加10-30mol％、平均粒径为1.5μm、纯度为99％以上的二硼化钛(TiB₂)粉末，将上述钛、镍和二硼化钛粉末混合均匀后，均匀涂敷于表面去除氧化膜且在丙酮溶液中进行10分钟的超声波脱脂处理的块体钛合金上，自然堆积厚度为2-3mm。将涂敷钛、镍和二硼化钛混合粉体的块体钛合金放入石墨模具之中，再将石墨模具置于真空热压炉中，抽真空至10^-1Pa压力以下，对石墨模具中的块体钛合金及其上面的混合粉末施加23.5-30MPa的轴向压力，将石墨模具及其中的块体钛合金和混合粉末加热至1173-1273K温度，保温30分钟后卸除载荷，在真空条件下冷却到673K以下打开真空热压炉，取出石墨模具冷却至室温，从石墨模具中取出钛合金，该钛合金表面已经形成了一层钛镍合金和二硼化钛复合体耐磨涂层。

上述所说的钛粉和镍粉之间也可采用钛at％：镍at％＝(49-51)：(51-49)的近等原子比。

上述所说的金属钛和钛合金表面氧化膜的去除，可采用机械或手工研磨的方法进行。

上述所说的钛、镍和二硼化钛粉末的混合，可以采用湿式滚筒、湿式搅拌和湿式游星等方式进行均匀混合。

本发明是采用真空热压烧结的方法在金属钛及钛合金基材上形成厚的钛镍合金和二硼化钛复合体耐磨涂层，该涂层以稳定的超弹性性能的TiNi(β)相为基体、TiB₂陶瓷颗粒为增强体，不仅具有良好的耐磨料磨损性能，而且具有弹性系数和变形量与基材之间的可协调性能，进而提高了表面改质金属钛和钛合金的疲劳性能。

实施例

实施例1：

一种金属钛基材表面真空热压烧结耐磨涂层的制备方法：