[发明专利]一种制备Ti/BNNSs复合涂层的方法及应用

说明书

本发明公开了一种制备Ti/BNNSs复合粉末的方法及制备Ti/BNNSs复合涂层的方法及应用，属于冷喷涂增材制造领域，制备Ti/BNNSs复合粉末的方法包括将六方氮化硼(h‑BN)进行高能球磨与超声分散，制备出氮化硼纳米片(BNNSs)；将BNNSs与钛(Ti)粉混合球磨制备Ti/BNNSs复合粉末；制备Ti/BNNSs复合涂层的方法：以Ti/BNNSs粉末为原料，采用氮气循环冷喷涂系统制备复合涂层；使用SPS对Ti/BNNSs复合涂层进行后处理。本发明中制备Ti/BNNSs复合涂层的方法用于再制造和3D打印，本发明结合了冷喷涂与SPS后处理技术，原位制备出纳米增强的复合涂层。该涂层可应用于钛部件的修复，提升其耐磨性与耐腐蚀性。本发明拥有生产效率高、经济性能好等优点，具有良好的应用价值和广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及到一种制备Ti/BNNSs复合粉末的方法及制备Ti/BNNSs复合涂层的方法及应用。

背景技术

再制造工程通过表面喷涂等增材再制造技术，恢复废旧零件的消耗尺寸，形成再制造产品。与新产品相比，再制造产品具有优质、节能、高效、节材和环保的优点，在如今这个资源匮乏的社会，发展再制造技术显得至关重要。

冷喷涂过程在远低于材料熔点条件下进行，涂层中几乎不存在热应力，该技术避免了高温及氧化等不良影响，沉积效率高，涂层致密孔隙率低，可制备厚涂层。上述优点决定了冷喷涂有望成为再制造工程的关键支撑技术，实现损伤零部件表面尺寸快速恢复、性能提升以及服役寿命的延长。但是，冷喷涂涂层通常会由于粉体严重变形而导致涂层韧性降低，而热处理可使材料再结晶、愈合孔隙，增加界面结合强度，从而提升涂层性能。其中，放电等离子烧结(SPS)作为一种先进的快速热压烧结工艺，其脉冲电流能产生瞬时等离子体使颗粒表面活化，去除颗粒的部分表层氧化物，并能降低金属原子扩散自由能，加速原子扩散，从而增加涂层界面结合，降低涂层孔隙率，进一步提升涂层韧性。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明首先提供一种制备Ti/BNNSs复合粉末的方法，制备出Ti/BNNSs复合粉末，氮化硼纳米片具有优异的导热性、润滑性、耐腐蚀性等特点。

本发明还提供一种利用Ti/BNNSs复合粉末制备Ti/BNNSs复合涂层的工艺方法，通过采用冷喷涂加SPS后处理的方法，以BNNSs/Ti复合粉末作为原料，制备多维度纳米增强的钛基复合材料；氮化硼纳米片具有优异的导热性、润滑性、耐腐蚀性等特点，通过将其引入到冷喷涂制备的涂层中并进行SPS后处理，可与Ti发生反应，生成TiB₂纳米颗粒与TiB纳米线，显著提升Ti基冷喷涂材料的韧性和耐磨性。

本发明最后提供一种Ti/BNNSs复合涂层的应用，应用促进该复合材料用于再制造和3D打印。通过冷喷涂和放电等离子烧结得到的复合涂层中含有零维TiB₂纳米颗粒与一维TiB纳米线，该工艺方法用于再制造和3D打印。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种制备Ti/BNNSs复合粉末的方法，包括如下步骤：

步骤一：将六方氮化硼h-BN进行高能球磨与超声分散，制备出氮化硼纳米片BNNSs；

步骤二：将BNNSs与原始Ti粉通过球磨制备出Ti/BNNSs复合粉末。

进一步的，在步骤二中，通过设置球磨机的转速、时间和球料比对混合粉末进行研磨，实现复合粉末粒径的调控和BNNSs的均匀分散，得到Ti/BNNSs复合粉末。