专利名称：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
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。
技术背景-
目前釆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 ( e )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 (e)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5-50um、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1-3 u m 、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"Pa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，该金属钛表面己经形成 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5-50um、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1.5 um 、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"Pa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。/e (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 (e)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l:
一种金属钛基材表面真空热压烧结耐磨涂层的制备方法
以平均颗粒直径分别为45 u m和5 P m、纯度为99.6%近似球形等原子比的钛粉和 镍粉为基础原料，添加10-30mo1。/。、平均粒径为1.5lim 、纯度为99%以上的二硼化钛
(TiB2)粉末，将上述钛、镍和二硼化钛粉末放入盛有工业乙醇溶液的混合用滚筒中， 在滚筒式混合机上连续混合12小时，再用蒸馏法将钛、镍和二硼化钛混合粉末与乙醇 分离，分离后的混合粉末再在lPa的真空条件下进一步干燥处理30分钟，同时用800# 水磨砂纸对金属钛表面进行手工研磨以去除其表面的氧化膜，再将混合粉末均匀涂敷于 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2.5mm。将涂敷混合粉末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"Pa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23.5MPa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。 实施例2 :
一种钛合金基材表面真空热压烧结耐磨涂层的制备方法
以平均颗粒直径分别为45 u m和5 ii m、纯度为99.6%近似球形等原子比的钛粉和 镍粉为基础原料，添加10-30moP/。、平均粒径为1.5um 、纯度为99%以上的二硼化钛 (TiB2)粉末，将上述钛、镍和二硼化钛粉末放入盛有工业乙醇溶液的混合用滚筒中， 在滚筒式混合机上连续混合12小时，再用蒸馏法将钛、镍和二硼化钛混合粉末与乙醇 分离，分离后的混合粉末再在1Pa的真空条件下进一步干燥处理30分钟，同时用800# 水磨砂纸对金属钛表面进行手工研磨以去除其表面的氧化膜，再将混合粉末均匀涂敷于 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Ti-6A1-4V合金 上，自然堆积厚度为2.5mm。将涂敷混合粉末的块体Ti-6A1-4V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"Pa压力以下，对石墨模具中的块体 Ti-6A1-4V合金及其上面的混合粉末施加23.5MPa的轴向压力，将石墨模具及其中的块 体Ti-6A1-4V合金和混合粉末加热至1223K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 Ti-6A1-4V合金，该Ti-6A1-4V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。
权利要求
1、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，其特征是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。
2、 根据权利要求1所述的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，其特征是 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5-50wm、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1.5um 、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"Pa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，该钛合金表面己经形成 了 一层钛镍合金和二硼化钛复合体耐磨涂层。
全文摘要
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，将钛粉、镍粉和二硼化钛粉末混合均匀后涂敷于块体金属钛或钛合金上，将该块体金属钛或钛合金放入石墨模具之中，置于真空热压炉中，对石墨模具中的块体金属钛或钛合金施加轴向压力，将石墨模具及其中的块体金属钛或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，从石墨模具中取出金属钛或钛合金，该金属钛或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。本发明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。
文档编号C23C24/08GK101418444SQ20081022914
公开日2009年4月29日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者丁龙先, 于文馨, 唐意成, 张凤荣, 王艳敏 申请人:沈阳大学