[发明专利]一种双相硼钛复合层

说明书

本发明涉及一种双相硼钛复合层，所述双相硼钛复合层以钛合金基材为基础，表层覆有一层预制层，所述预制层为：可生长成TiB_X的复合层；本发明不仅使钛合金的耐磨性能得到显著提高，能够承受更大的载荷，而且对轻量化钛合金在更苛刻条件下的稳定应用提供了可靠性。该硼钛复合层可在耐高温高速冲蚀材料上的有较为理想的应用。

技术领域

本发明涉及耐磨渗层领域，具体涉及一种双相硼钛复合层。

背景技术

钛合金以其高的比强度、低密度和良好的的生物相容性而广泛应用于航空航天、化工和生物医学等领域，也成为轻量化发展的首选材料之一，但钛合金的低硬度、较差的耐磨性以及高温下迅速退化的性能是限制钛合金在轻量化方面获得更多应用的主要障碍。

由于Ti与B反应形成的化合物TiB_X既具有陶瓷材料的高熔点、高硬度、高强度等特点，又具有金属材料的高导热等优良特性，可显著改善钛合金的耐磨性和高温抗氧化性等表面性能，因此在钛合金表面形成钛的硼化物则成为改善钛合金性能的重要途径之一。钛合金原位改性可以使表面改性层与基体间无明显界面，且可处理具有复杂结构的特异性结构部件，改性层与基体冶金结合，可显著提高结合力，在诸多改性方法中，渗硼法不需要专用的设备、操作简便、推广容易，可在钛合金基体表面得到原位冶金结合的硼钛化合物层，但其渗层厚度薄、效率低、物相不易控制，且渗硼层生长方向较为随机，为改善此问题，本发明通过调整适当工艺组合来获得可调厚度、方向定向生长的硼钛复合层。

在通常情况下，渗硼时间和厚度是正相关的关系，但较高的工作温度和较长的保温时间，会使整个渗硼过程能耗较高，且长时间的保温易使得组织粗大，使复合涂层的厚度和性能会有所限制，进而限制涂层的应用。如果能在低温状态、在固定的短时间内可获得足够厚度的硼钛复合层即可最大限度的发挥其综合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双相硼钛复合层，以钛合金基体为基础，表层覆有一层预制层，所述预制层为可生长为TiB_X的复合层。

其中，所述双相硼钛复合层的厚度不小于2μm，生长方向为垂直于表面有序生长。

其中，所述TiB_X为TiB和TiB₂。

本发明所述的双相硼钛复合层在渗硼工艺前引入一层“预制层”，即预先制备一层可调厚度的纯钛层，纯钛与钛基体或钛合金基体的热膨胀系数一致，可避免结合力问题，再次采用固态包埋渗的工艺将纯钛层化合成所需的TiB_X复合层，突破非惰性气氛下钛合金易氧化、组织结构可控、厚度可控、优化生长方向等关键技术。本发明目的是通过“预制层”+渗硼法制备可调厚度定向生长的耐磨硼钛化合物层的方法。

具体而言，双相硼钛复合层采用如下方法制得：预先在钛合金基体表面沉积一层纯钛层，然后再经渗硼法，生长获得硼钛复合层。

其中，所述纯钛层的厚度为从纳米级、微米级到毫米级无级可调式；

所述纯钛层的孔隙为3％～12％。

本发明沉积所述纯钛层的方法为PVD法、涂覆法、冷喷涂或者化学镀中的一种或多种。优选采用PVD法，将PVD具有的孔隙与渗硼时活性硼原子的高温扩散特性相结合，开发出两种工艺复合条件下制备的钛合金渗硼层具有稳定的双相性。

所述PVD法具体为：氩气气氛中，在所述钛合金基体的表层，以钛靶电流从3～5A逐渐减少至0.15～0.5A，碳靶电流从0A逐渐增至0.2～0.6A，氩气流量在20～40sccm的条件，沉积2～6h，获得沉积了纯钛层的钛合金基体。

本发明为了避免其他杂质和因素的影响，所述钛合金基体预先需要进行深度清洁；所述深度清洁包括除油、表面打磨、超声清洁、等离子体清洗；

优选的，所述深度清洁具体为：