CN104775117A - 一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种TC4钛合金表面颗粒增强复合涂层及其制备方法，具体的是一种TC4钛合金表面WC-TiB2（碳化钨-硼化钛）颗粒增强复合涂层及其制备方法。包括：1）将WC、B4C陶瓷粉末及金属Ti粉，按一定比例在拌合机中，进行充分混合均匀，制成陶瓷金属混合粉末；2）将粘结剂及陶瓷金属混合粉末，按质量比3～4：25的比例在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷金属粉末糊；3）将陶瓷金属粉末糊液涂覆在5mm厚钛合金表面，进行干燥、烘干，得到预制陶瓷粉末的TC4钛合金覆层；4）利用TIG进行熔敷，使TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与涂层中的B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在TC4钛合金表面生成WC-TiB2陶瓷颗粒增强复合陶瓷层。
Description
技术领域
本发明涉及一种TC4钛合金表面颗粒增强复合涂层及其制备方法，具体的是一种TC4钛合金表面WC-TiB2（碳化钨-硼化钛）颗粒增强复合涂层及其制备方法。
背景技术
TC4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。但较差的耐磨性能使其在很多领域的应用受到限制。通过表面改性，在TC4钛合金表面制备一层耐磨损颗粒增强的复合材料层，将复合材料的高硬度、高耐磨性与TC4钛合金良好的塑韧性结合起来，充分发挥各自的优点，具有广阔的应用前景。
目前在钛合金表面制备的SiC等颗粒增强复合涂层材料，由于与钛合金基体之间较大的线膨胀系数差异，复合材料层的开裂倾向较大，且与基体相容性差，涂层容易崩裂或剥落。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层及其制备方法，利用TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在钛合金表面生成WC-TiB2颗粒增强复合涂层，使涂层耐磨性得到明显提高，涂层的开裂倾向明显降低。
一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层及其制备方法是采取以下技术方案实现的：
一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层，其特征在于：在清理后的TC4钛合金表面涂敷陶瓷金属粉末糊，进行干燥、烘干，得到预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板；利用TIG焊（非熔化极气体保护焊）进行电弧熔敷，熔覆电流为120A～130A，熔覆速度为6.5m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与涂层中的B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在TC4钛合金表面生成WC-TiB2陶瓷颗粒增强复合陶瓷层，即得TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合涂层。
所述的陶瓷金属粉末糊由聚乙烯醇粘结剂和陶瓷金属混合粉末配制而成。
所述的聚乙烯醇粘结剂由平均粒度为96μm的1788型聚乙烯醇与去离水配制而成。
所述的陶瓷金属混合粉末由平均粒度为45μm的WC和平均粒度为53μm的B4C陶瓷粉末及平均粒度为80μm的金属Ti粉，按质量配比WC：B4C：Ti=40～50：19：41～31混合均匀配制而成。
一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层的制备方法包括如下步骤：
1）对TC4钛合金表面进行打磨至露出银白色金属光泽，并用丙酮擦拭清理钛合金表面；
2)将平均粒度为96μm的1788型聚乙烯醇，按占总质量4%的质量比，溶入去离水中，边搅拌边加热，至聚乙烯醇全部溶解，制成粘结剂；
3）将平均粒度为45μm的WC和平均粒度为53μm的B4C陶瓷粉末及平均粒度为80μm的金属Ti粉，按质量比WC：B4C：Ti=40～50：19：41～31比例，在拌合机中进行充分混合均匀，制成陶瓷金属混合粉末；
4）将步骤2）中得到的粘结剂，与步骤3）中得到的陶瓷金属混合粉末，按质量比3～4：25的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷金属粉末糊；
5）将步骤4）中制得的陶瓷金属粉末糊，用刮刀均匀的涂在板厚5mm的TC4钛合金表面上，涂敷厚度为1.1～1.2mm，并在室温放置2～4小时，进行干燥，然后放入130℃～150℃烘干箱烘干10～12小时，得到预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板；
6）将步骤5）制得的预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板，利用TIG进行电弧熔敷，熔覆电流为120A～130A，熔覆速度为6.5m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与涂层中的B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在TC4钛合金表面生成WC-TiB2陶瓷颗粒增强复合陶瓷层，即得TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合涂层。
本发明一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层及其制备方法，利用TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在钛合金表面生成WC-TiB2颗粒增强复合涂层，使涂层耐磨性得到明显提高，涂层的开裂倾向明显降低。本发明中WC和TC4钛合金的线膨胀系数接近，在颗粒增强复合层中，加入WC颗粒，不仅能提高复合层的硬度与耐磨性，而且能向明显降低复合材料层的开裂倾向，WC也因此被认为是TC4钛合金理想的增强颗粒。
本发明一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层及其制备方法，生成的陶瓷颗粒增强层具有硬度高、耐磨性好，与基体相容性好的优点，陶瓷颗粒增强层表面硬度可达50HRC以上，在界面处与TC4钛合金基体形成了良好的冶金结合，结合强度高。
具体实施方式
一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层，在清理后的TC4钛合金表面涂敷陶瓷金属粉末糊，进行干燥、烘干，得到预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板；利用TIG焊进行电弧熔敷，熔覆电流为120A～130A，熔覆速度为6.5m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与涂层中的B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在TC4钛合金表面生成WC-TiB2陶瓷颗粒增强复合陶瓷层，即得TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合涂层。
所述的陶瓷金属粉末糊由聚乙烯醇粘结剂和陶瓷金属混合粉末配制而成。
所述的聚乙烯醇粘结剂由平均粒度为96μm的1788型聚乙烯醇与去离水配制而成。
所述的陶瓷金属混合粉末由平均粒度为45μm的WC和平均粒度为53μm的B4C陶瓷粉末及平均粒度为80μm的金属Ti粉，按质量配比WC：B4C：Ti=40～50：19：41～31混合均匀配制而成。
以下将结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例一：
1）对TC4钛合金表面进行打磨至露出银白色金属光泽，并用丙酮擦拭清理钛合金表面；
2)将平均粒度为96μm的1788型聚乙烯醇，按占总质量4%的质量比，溶入去离水中，边搅拌边加热，至聚乙烯醇全部溶解，制成粘结剂；
3）将平均粒度为45μm的WC和平均粒度为53μm的B4C陶瓷粉末及平均粒度为80μm的金属Ti粉，按质量比WC：B4C：Ti=40：19：41比例，在拌合机中进行充分混合均匀，制成陶瓷金属混合粉末；
4）将步骤2）中得到的粘结剂，与步骤3）中得到的陶瓷金属混合粉末，按质量比3：25的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷金属粉末糊；
5）将步骤4）中制得的陶瓷金属粉末糊，用刮刀均匀的涂在板厚5mm的TC4钛合金表面上，涂敷厚度为1.2mm，并在室温放置2小时，进行干燥，然后放入150℃烘干箱烘干10小时，得到预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板；
6）将步骤5）制得的预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板，利用TIG进行电弧熔敷，熔覆电流为120A，熔覆速度为6.5m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与涂层中的B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在TC4钛合金表面生成WC-TiB2陶瓷颗粒增强复合陶瓷层，即得TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合涂层。
实施例二：
1）对TC4钛合金表面进行打磨至露出银白色金属光泽，并用丙酮擦拭清理钛合金表面；
2)将平均粒度为96μm的1788型聚乙烯醇，按占总质量4%的质量比，溶入去离水中，边搅拌边加热，至聚乙烯醇全部溶解，制成粘结剂；
3）将平均粒度为45μm的WC和平均粒度为53μm的B4C陶瓷粉末及平均粒度为80μm的金属Ti粉，按质量比WC：B4C：Ti=50：19： 31比例，在拌合机中进行充分混合均匀，制成陶瓷金属混合粉末；
4）将步骤2）中得到的粘结剂，与步骤3）中得到的陶瓷金属混合粉末，按质量比3.5：25的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷金属粉末糊；
5）将步骤4）中制得的陶瓷金属粉末糊，用刮刀均匀的涂在板厚5mm的TC4钛合金表面上，涂敷厚度为1.1mm，并在室温放置3小时，进行干燥，然后放入140℃烘干箱烘干11小时，得到预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板；
6）将步骤5）制得的预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板，利用TIG进行电弧熔敷，熔覆电流为130A，熔覆速度为6.5m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与涂层中的B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在TC4钛合金表面生成WC-TiB2陶瓷颗粒增强复合陶瓷层，即得TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合涂层。
实施例三：
1）对TC4钛合金表面进行打磨至露出银白色金属光泽，并用丙酮擦拭清理钛合金表面；
2)将平均粒度为96μm的1788型聚乙烯醇，按占总质量4%的质量比，溶入去离水中，边搅拌边加热，至聚乙烯醇全部溶解，制成粘结剂；
3）将平均粒度为45μm的WC和平均粒度为53μm的B4C陶瓷粉末及平均粒度为80μm的金属Ti粉，按质量比WC：B4C：Ti=45：19：36比例，在拌合机中进行充分混合均匀，制成陶瓷金属混合粉末；
4）将步骤2）中得到的粘结剂，与步骤3）中得到的陶瓷金属混合粉末，按质量比4：25的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷金属粉末糊；
5）将步骤4）中制得的陶瓷金属粉末糊，用刮刀均匀的涂在板厚5mm的TC4钛合金表面上，涂敷厚度为1.1mm，并在室温放置4小时，进行干燥，然后放入130℃烘干箱烘干12小时，得到预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板；
6）将步骤5）制得的预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板，利用TIG进行电弧熔敷，熔覆电流为125A，熔覆速度为6.5m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与涂层中的B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在TC4钛合金表面生成WC-TiB2陶瓷颗粒增强复合陶瓷层，即得TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合涂层。
Claims (5)
1.一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层，其特征在于：在清理后的TC4钛合金表面涂敷陶瓷金属粉末糊，进行干燥、烘干，得到预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板；利用TIG焊进行电弧熔敷，熔覆电流为120A～130A，熔覆速度为6.5m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与涂层中的B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在TC4钛合金表面生成WC-TiB2陶瓷颗粒增强复合陶瓷层，即得TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合涂层。
2.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层，其特征在于：所述的陶瓷金属粉末糊由聚乙烯醇粘结剂和陶瓷金属混合粉末配制而成。
3.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层，其特征在于：所述的聚乙烯醇粘结剂由平均粒度为96μm的1788型聚乙烯醇与去离水配制而成。
4.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层，其特征在于：所述的陶瓷金属混合粉末由平均粒度为45μm的WC和平均粒度为53μm的B4C陶瓷粉末及平均粒度为80μm的金属Ti粉，按质量配比WC：B4C：Ti=40～50：19：41～31混合均匀配制而成。
5.一种TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
1）对TC4钛合金表面进行打磨至露出银白色金属光泽，并用丙酮擦拭清理钛合金表面；
2)将平均粒度为96μm的1788型聚乙烯醇，按占总质量4%的质量比，溶入去离水中，边搅拌边加热，至聚乙烯醇全部溶解，制成粘结剂；
3）将平均粒度为45μm的WC和平均粒度为53μm的B4C陶瓷粉末及平均粒度为80μm的金属Ti粉，按质量比WC：B4C：Ti=40～50：19：41～31比例，在拌合机中进行充分混合均匀，制成陶瓷金属混合粉末；
4）将步骤2）中得到的粘结剂，与步骤3）中得到的陶瓷金属混合粉末，按质量比3～4：25的比例，在研钵中进行充分混合搅拌，制成陶瓷金属粉末糊；
5）将步骤4）中制得的陶瓷金属粉末糊，用刮刀均匀的涂在板厚5mm的TC4钛合金表面上，涂敷厚度为1.1～1.2mm，并在室温放置2～4小时，进行干燥，然后放入130℃～150℃烘干箱烘干10～12小时，得到预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板；
6）将步骤5）制得的预制陶瓷金属粉末的TC4钛合金涂覆板，利用TIG进行电弧熔敷，熔覆电流为120A～130A，熔覆速度为6.5m/h，电弧电压为18～20V，在电弧热的作用下，TC4钛合金基体及涂层中金属Ti粉与涂层中的B4C、WC陶瓷粉末发生冶金反应，在TC4钛合金表面生成WC-TiB2陶瓷颗粒增强复合陶瓷层，即得TC4钛合金表面WC-TiB2颗粒增强复合涂层。
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