一種TC4鈦合金表面WC-TiB2顆粒增強(qiáng)復(fù)合層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種TC4鈦合金表面顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層及其制備方法，具體的是一種TC4鈦合金表面WC-TiB2 (碳化鎢-硼化鈦)顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TC4鈦合金具有重量輕、強(qiáng)度高、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天以及民用工業(yè)中。但較差的耐磨性能使其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。通過表面改性，在TC4鈦合金表面制備一層耐磨損顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料層，將復(fù)合材料的高硬度、高耐磨性與TC4鈦合金良好的塑韌性結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前在鈦合金表面制備的SiC等顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層材料，由于與鈦合金基體之間較大的線膨脹系數(shù)差異，復(fù)合材料層的開裂傾向較大，且與基體相容性差，涂層容易崩裂或剝落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述不足之處提供一種TC4鈦合金表面呢-1182顆粒增強(qiáng)復(fù)合層及其制備方法，利用TC4鈦合金基體及涂層中金屬Ti粉與B4C、WC陶瓷粉末發(fā)生冶金反應(yīng)，在鈦合金表面生成WC-TiB2顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層，使涂層耐磨性得到明顯提高，涂層的開裂傾向明顯降低。
[0005]一種TC4鈦合金表面胃(:-1182顆粒增強(qiáng)復(fù)合層及其制備方法是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種TC4鈦合金表面胃(:-1182顆粒增強(qiáng)復(fù)合層，其特征在于:在清理后的TC4鈦合金表面涂敷陶瓷金屬粉末糊，進(jìn)行干燥、烘干，得到預(yù)制陶瓷金屬粉末的TC4鈦合金涂覆板；利用TIG焊(非熔化極氣體保護(hù)焊)進(jìn)行電弧熔敷，熔覆電流為120A?130A，熔覆速度為6.5m/h，電弧電壓為18?20V，在電弧熱的作用下，TC4鈦合金基體及涂層中金屬Ti粉與涂層中的B4C、WC陶瓷粉末發(fā)生冶金反應(yīng)，在TC4鈦合金表面生成瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合陶瓷層，即得TC4鈦合金表面WC-TiB2顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層。
[0006]所述的陶瓷金屬粉末糊由聚乙烯醇粘結(jié)劑和陶瓷金屬混合粉末配制而成。
[0007]所述的聚乙烯醇粘結(jié)劑由平均粒度為96 μπι的1788型聚乙烯醇與去離水配制而成。
[0008]所述的陶瓷金屬混合粉末由平均粒度為45 μ m的WC和平均粒度為53 μ m的B4C陶瓷粉末及平均粒度為80 μ m的金屬Ti粉，按質(zhì)量配比WC:B4C:Ti=40?50:19:41?31混合均勻配制而成。
[0009]一種TC4鈦合金表面WC-TiB2顆粒增強(qiáng)復(fù)合層的制備方法包括如下步驟:
I)對TC4鈦合金表面進(jìn)行打磨至露出銀白色金屬光澤，并用丙酮擦拭清理鈦合金表面； 2)將平均粒度為96μπι的1788型聚乙烯醇，按占總質(zhì)量4%的質(zhì)量比，溶入去離水中，邊攪拌邊加熱，至聚乙烯醇全部溶解，制成粘結(jié)劑；
3)將平均粒度為45μ m的WC和平均粒度為53 μ m的B4C陶瓷粉末及平均粒度為80 μ m的金屬Ti粉，按質(zhì)量比WC:B4C:Ti=40?50:19:41?31比例，在拌合機(jī)中進(jìn)行充分混合均勻，制成陶瓷金屬混合粉末；
4)將步驟2)中得到的粘結(jié)劑，與步驟3)中得到的陶瓷金屬混合粉末，按質(zhì)量比3?4:25的比例，在研缽中進(jìn)行充分混合攪拌，制成陶瓷金屬粉末糊；
5)將步驟4)中制得的陶瓷金屬粉末糊，用刮刀均勻的涂在板厚5mm的TC4鈦合金表面上，涂敷厚度為1.1?1.2mm，并在室溫放置2?4小時，進(jìn)行干燥，然后放入130°C?150°C烘干箱烘干10?12小時，得到預(yù)制陶瓷金屬粉末的TC4鈦合金涂覆板；
6)將步驟5)制得的預(yù)制陶瓷金屬粉末的TC4鈦合金涂覆板，利用TIG進(jìn)行電弧熔敷，熔覆電流為120A?130A，熔覆速度為6.5m/h，電弧電壓為18?20V，在電弧熱的作用下，TC4鈦合金基體及涂層中金屬Ti粉與涂層中的B4C、WC陶瓷粉末發(fā)生冶金反應(yīng)，在TC4鈦合金表面生成WC-TiB2陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合陶瓷層，即得TC4鈦合金表面WC-TiB 2顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層。
[0010]本發(fā)明一種TC4鈦合金表面WC-TiB2顆粒增強(qiáng)復(fù)合層及其制備方法，利用TC4鈦合金基體及涂層中金屬Ti粉與B4C、WC陶瓷粉末發(fā)生冶金反應(yīng)，在鈦合金表面生成胃(:-1182顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層，使涂層耐磨性得到明顯提高，涂層的開裂傾向明顯降低。本發(fā)明中WC和TC4鈦合金的線膨脹系數(shù)接近，在顆粒增強(qiáng)復(fù)合層中，加入WC顆粒，不僅能提高復(fù)合層的硬度與耐磨性，而且能向明顯降低復(fù)合材料層的開裂傾向，WC也因此被認(rèn)為是TC4鈦合金理想的增強(qiáng)顆粒。
[0011]本發(fā)明一種TC4鈦合金表面呢-1182顆粒增強(qiáng)復(fù)合層及其制備方法，生成的陶瓷顆粒增強(qiáng)層具有硬度高、耐磨性好，與基體相容性好的優(yōu)點(diǎn)，陶瓷顆粒增強(qiáng)層表面硬度可達(dá)50HRC以上，在界面處與TC4鈦合金基體形成了良好的冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高。
【具體實(shí)施方式】
[0012]一種TC4鈦合金表面胃(:-1182顆粒增強(qiáng)復(fù)合層，在清理后的TC4鈦合金表面涂敷陶瓷金屬粉末糊，進(jìn)行干燥、烘干，得到預(yù)制陶瓷金屬粉末的TC4鈦合金涂覆板；利用TIG焊進(jìn)行電弧熔敷，熔覆電流為120A?130A，熔覆速度為6.5m/h，電弧電壓為18?20V，在電弧熱的作用下，TC4鈦合金基體及涂層中金屬Ti粉與涂層中的B4C、WC陶瓷粉末發(fā)生冶金反應(yīng)，在TC4鈦合金表面生成WC-TiB2陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合陶瓷層，即得TC4鈦合金表面WC-TiB 2顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層。
[0013]所述的陶瓷金屬粉末糊由聚乙烯醇粘結(jié)劑和陶瓷金屬混合粉末配制而成。
[0014]所述的聚乙烯醇粘結(jié)劑由平均粒度為96 μπι的1788型聚乙烯醇與去離水配制而成。
[0015]所述的陶瓷金屬混合粉末由平均粒度為45 μ m的WC和平均粒度為53 μ m的B4C陶瓷粉末及平均粒度為80 μ m的金屬Ti粉，按質(zhì)量配比WC:B4C:Ti=40?50:19:41?31混合均勻配制而成。
[0016]以下將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明: 實(shí)施例一:
1)對TC4鈦合金表面進(jìn)行打磨至露出銀白色金屬光澤，并用丙酮擦拭清理鈦合金表面；
2)將平均粒度為96μπι的1788型聚乙烯醇，按占總質(zhì)量4%的質(zhì)量比，溶入去離水中，邊攪拌邊加熱，至聚乙烯醇全部溶解，制成粘結(jié)劑；
3)將平均粒度為45μ m的WC和平均粒度為53 μ m的B4C陶瓷粉末及平均粒度為80 μ m的金屬Ti粉，按質(zhì)量比WC:B4C:Ti=40:19:41比例，在拌合機(jī)中進(jìn)行充分混合均勻，制成陶瓷金屬混合粉末；
4)將步驟2)中得到的粘結(jié)劑，與步驟3)中得到的陶瓷金屬混合粉末，按質(zhì)量比3:25的比例，在研缽中進(jìn)行充分混合攪拌，制成陶瓷金屬粉末糊；
5)將步驟4)中制得的陶瓷金屬粉末糊，用刮刀均勻的涂在板厚5mm的TC4鈦合金表面上，涂敷厚度為1.2mm，并在室溫放置2小時，進(jìn)行干燥，然后放入150°C烘干箱烘干10小時，得到預(yù)制陶瓷金屬粉末的TC4鈦合金涂覆板；
6)將步驟5)制得的預(yù)制陶瓷金屬粉末的TC4鈦合金涂覆板，利用TIG進(jìn)行電弧熔敷，熔覆電流為120