CN102603301B - 一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法 - Google Patents

一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷复合材料的制备方法，具体的说是一种在钛合金表面复合的陶瓷涂层TiB2-SiC-TiC-B4C（硼化钛-碳化硅-碳化钛-碳化硼）的制备方法。包括：1）将平均粒度为61μm的B4C和SiC陶瓷粉末，按摩尔比1：0.2～1：0.8比例混合制成粉末；2）将粘结剂、去离水以及陶瓷混合粉末，按质量比0.03：1～1.2：1在研钵中进行充分混合搅拌，制成悬浊液；3）将陶瓷粉末悬浊液涂在4~5mm厚钛合金表面上，放置进行干燥、烘干，得到预制陶瓷粉末钛合金；4）利用钨极氩弧进行熔敷，钛合金与陶瓷粉末发生反应，在钛合金表面生成TiB2-SiC-TiC-B4C复合陶瓷层，得钛合金表面复合陶瓷涂层。

Description

一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法
技术领域
     本发明涉及一种陶瓷复合材料的制备方法，具体的说是一种在钛合金表面复合的陶瓷涂层TiB2-SiC-TiC-B4C（硼化钛-碳化硅-碳化钛-碳化硼）的制备方法。
背景技术
    钛合金具有重量轻、强度高、耐蚀性好等优点，广泛应用于航空、航天以及民用工业中。但钛合金表面耐磨性差，高温抗氧化能力低，目前, 钛合金的使用温度一般低于600℃，当温度超过600℃ 时, 钛合金将在空气环境中发生氧化反应, 钛合金在高温下的氧化和氧脆会严重影响了其应用。通过表面改性，在钛合金表面制备一层耐磨损、抗高温氧化的涂层，是解决钛合金高温抗氧化和耐磨损性差的最有效方法之一。陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等金属材料无以比拟的优越性，但目前在钛合金表面所使用的碳化物、氮化物和氧化物等陶瓷涂层材料，具有脆性较高,与基体相容性差, 在高温和热循环条件下涂层容易崩裂或剥落等缺点。
发明内容
    本发明的目的是针对上述不足之处提供一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法，该复合陶瓷涂层TiB2-SiC-TiC-B4C具有耐磨性好、高温抗氧化能力强和与基体相容性好的优点，克服了TiB2陶瓷断裂韧性较低、高温抗氧化性能差的缺点。通过在TiB2陶瓷中添加SiC、B4C，抑制TiB2晶粒生长，细化晶粒，显著提高陶瓷材料的强度、断裂韧性和耐磨性，同时SiC在高温下形成的SiO2玻璃相，附着于覆层表面，可以有效地对覆层表面出现的孔洞进行浸润和愈合，明显提高陶瓷涂层高温抗氧化性。
一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法是采取以下技术方案实现的：一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法包括如下步骤：
1）将平均粒度为61μm的B4C和SiC陶瓷粉末，按摩尔比1：0.2～1：0.8比例在研钵中混合均匀，制成陶瓷混合粉末；
2）将粘结剂、去离水以及步骤1）中得到的陶瓷混合粉末，按质量比为0.03：1～1.2：1的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷粉末悬浊液； 
3）将步骤2）中制得的陶瓷粉末悬浊液用滴管均匀的涂在4~5mm厚钛合金的表面上，涂敷厚度为0.8～1.0 mm，并在室温放置4~8小时，进行干燥，然后放入100℃烘干箱烘干12小时，得到预制陶瓷粉末的钛合金；
4）将步骤3）制得的预制陶瓷粉末的钛合金，利用钨极氩弧进行熔敷，熔覆电流为95A～110A，熔覆速度为7m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，钛合金与陶瓷粉末发生反应，在钛合金表面生成TiB2-SiC-TiC-B4C复合陶瓷层，即得钛合金表面复合陶瓷涂层。
所述的钛合金采用TC4钛铝钒合金板。
所述的钛合金板与陶瓷粉末发生反应的反应式为：3Ti+B4C+nSiC=2TiB2+TiC+nSiC。
所述的粘结剂采用白绵糖。
本发明一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法，利用钛基体与B4C、SiC的冶金反应，在钛合金表面生成复合陶瓷TiB2-SiC-TiC-B4C涂层，生成的复合陶瓷涂层不仅美观、连续、均匀，在界面处与钛基体形成了良好的冶金结合，而且涂层耐磨性好、高温抗氧化能力强，与钛合金基体相容性好，结合强度高。
具体实施方式
    以下将结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例一：
1）将平均粒度为61μm的B4C和SiC陶瓷粉末，按摩尔比1：0.2比例在研钵中混合均匀，制成陶瓷混合粉末；
2）将粘结剂、去离水以及步骤1）中得到的陶瓷混合粉末，按质量比为0.03：1：1的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷粉末悬浊液；
3）将步骤2）中制得的陶瓷粉末悬浊液用滴管均匀的涂在4~5mm 厚钛合金的表面上，涂敷厚度为0.8～1.0 mm，并在室温放置4~8小时，进行干燥，然后放入100℃烘干箱烘干12小时，得到预制陶瓷粉末的钛合金；
4）将步骤3）制得的预制陶瓷粉末的钛合金，利用钨极氩弧进行熔敷，熔覆电流为95A，熔覆速度为7m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，钛合金板与陶瓷粉末发生反应，在钛合金表面生成TiB2-SiC-TiC-B4C复合陶瓷层，即得钛合金表面复合陶瓷涂层。
所述的钛合金采用TC4钛铝钒合金板。
所述的钛合金板与陶瓷粉末发生反应的反应式为：3Ti+B4C+nSiC=2TiB2+TiC+nSiC。
所述的粘结剂采用白绵糖。
实施例二：
1）将平均粒度为61μm的B4C和SiC陶瓷粉末，按摩尔比1：0.4比例在研钵中混合均匀，制成陶瓷混合粉末；
2）将粘结剂、去离水以及步骤1）中得到的陶瓷混合粉末，按质量比为0.03：1.1：1的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷粉末悬浊液；
3）将步骤2）中制得的陶瓷粉末悬浊液用滴管均匀的涂在4~5mm厚钛合金的表面上，涂敷厚度为0.8～1.0 mm，并在室温放置4~8小时，进行干燥，然后放入100℃烘干箱烘干12小时，得到预制陶瓷粉末的钛合金；
4）将步骤3）制得的预制陶瓷粉末的钛合金，利用钨极氩弧进行熔敷，熔覆电流为100A，熔覆速度为7m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，钛合金板与陶瓷粉末发生反应，在钛合金表面生成TiB2-SiC-TiC-B4C复合陶瓷层，即得钛合金表面复合陶瓷涂层。
所述的钛合金采用TC4钛铝钒合金板。
所述的钛合金板与陶瓷粉末发生反应的反应式为：3Ti+B4C+nSiC=2TiB2+TiC+nSiC。
所述的粘结剂采用白绵糖。
实施例三：
1）将平均粒度为61μm的B4C和SiC陶瓷粉末，按摩尔比1：0.6比例在研钵中混合均匀，制成陶瓷混合粉末；
2）将粘结剂、去离水以及步骤1）中得到的陶瓷混合粉末，按质量比为0.03：1.2：1的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷粉末悬浊液；
3）将步骤2）中制得的陶瓷粉末悬浊液用滴管均匀的涂抹在4~5mm厚钛合金的表面上，涂敷厚度为0.8～1.0 mm，并在室温放置4~8小时，进行干燥，然后放入100℃烘干箱烘干12小时，得到预制陶瓷粉末的钛合金；
4）将步骤3）制得的预制陶瓷粉末的钛合金，利用钨极氩弧进行熔敷，熔覆电流为105A，熔覆速度为7m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，钛合金与陶瓷粉末发生反应，在钛合金表面生成TiB2-SiC-TiC-B4C复合陶瓷层，即得钛合金表面复合陶瓷涂层。
所述的钛合金采用TC4钛铝钒合金板。
所述的钛合金板与陶瓷粉末发生反应的反应式为：3Ti+B4C+nSiC=2TiB2+TiC+nSiC。
所述的粘结剂采用白绵糖。
实施例四：
1）将平均粒度为61μm的B4C和SiC陶瓷粉末，按摩尔比1：0.8比例在研钵中混合均匀，制成陶瓷混合粉末；
2）将粘结剂、去离水以及步骤1）中得到的陶瓷混合粉末，按质量比为0.03：1：1的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷粉末悬浊液；
3）将步骤2）中制得的陶瓷粉末悬浊液用滴管均匀的涂在4~5mm厚钛合金的表面上，涂敷厚度为0.8～1.0 mm，并在室温放置4~8小时，进行干燥，然后放入100℃烘干箱烘干12小时，得到预制陶瓷粉末的钛合金；
4）将步骤3）制得的预制陶瓷粉末的钛合金，利用钨极氩弧进行熔敷，熔覆电流为110A，熔覆速度为7m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，钛合金板与陶瓷粉末发生反应，在钛合金表面生成TiB2-SiC-TiC-B4C复合陶瓷层，即得钛合金表面复合陶瓷涂层。
所述的钛合金采用TC4钛铝钒合金板。
所述的钛合金板与陶瓷粉末发生反应的反应式为：3Ti+B4C+nSiC=2TiB2+TiC+nSiC。
所述的粘结剂采用白绵糖。

Claims (4)

1.一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
1）将平均粒度为61μm的B4C和SiC陶瓷粉末，按摩尔比1：0.2～1：0.8比例在研钵中混合均匀，制成陶瓷混合粉末；
2）将粘结剂、去离水以及步骤1）中得到的陶瓷混合粉末，按质量比为0.03：1～1.2：1的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷粉末悬浊液； 
3）将步骤2）中制得的陶瓷粉末悬浊液用滴管均匀的涂在4~5mm厚钛合金的表面上，涂敷厚度为0.8～1.0 mm，并在室温放置4~8小时，进行干燥，然后放入100℃烘干箱烘干12小时，得到预制陶瓷粉末的钛合金；
4）将步骤3）制得的预制陶瓷粉末的钛合金，利用钨极氩弧进行熔敷，熔覆电流为95A～110A，熔覆速度为7m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，钛合金与陶瓷粉末发生反应，在钛合金表面生成TiB2-SiC-TiC-B4C复合陶瓷层，即得钛合金表面复合陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述的钛合金采用的是TC4钛铝钒合金板。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述的钛合金与陶瓷粉末发生反应的反应式为：3Ti+B4C+nSiC=2TiB2+TiC+nSiC。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金表面复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述的粘结剂采用白绵糖。
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