CN104862695B - 一种复合涂层、钛合金基复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合涂层、钛合金基复合材料及其制备方法，所述复合涂层由复合粉末经激光熔覆形成；所述复合粉末包括镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉。所述钛合金基复合材料包括：钛合金基底；复合在所述钛合金基底上的涂层；所述涂层为上述技术方案所述的复合涂层。与现有技术相比，本发明以镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉的复合粉末为原料，利用激光熔覆技术在钛合金基底上制备复合涂层，得到的钛合金基复合材料同时具有较高的耐磨性和较好的高温抗氧化性。实验结果表明，本发明提供的钛合金基复合材料室温时的耐磨性能为普通钛合金的2倍，高温氧化32h后的相对抗氧化性能为普通钛合金的8.4倍。

Description

一种复合涂层、钛合金基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，更具体地说，是涉及一种复合涂层、钛合金基复合材料及其制备方法。

背景技术

钛合金由于具有高熔点、高比强度和比刚度等优异机械性能，已成为航空航天等高端高新技术领域不可或缺的关键结构材料，并且钛合金还具有优异的耐腐蚀性能，良好的生物相容性，无磁性等特点，在化工、能源、生物医学等国民经济领域中得到了广泛应用。但是，钛合金也存在摩擦系数大及耐磨性差等缺点，阻碍了钛合金作为高温摩擦副运动零部件，比如作为航空发动机涡轮叶片、活塞环、阀门等的应用。

目前，现有技术一般采用表面改性的方法，在钛合金表面制备高硬度且耐磨性好的涂层，如通过氮化钛或碳化钨等高硬度陶瓷颗粒改善的涂层，来提高钛合金表面的硬度和耐磨性。但是，氮化钛或碳化钨高温时易分解氧化，加快涂层的氧化腐蚀。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合涂层、钛合金基复合材料及其制备方法，本发明提供的钛合金基复合材料同时具有较高的耐磨性和较好的高温抗氧化性。

本发明提供了一种复合涂层，由复合粉末经激光熔覆形成；

所述复合粉末包括镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉。

优选的，所述复合粉末具体包括：

镍铬合金9wt％～15wt％；

碳化铬21wt％～35wt％；

硅粉10wt％～30wt％；

余量为铝粉。

优选的，所述复合涂层的厚度为0.5mm～2.5mm。

本发明还提供了一种钛合金基复合材料，包括：

钛合金基底；

复合在所述钛合金基底上的涂层；

所述涂层为上述技术方案所述的复合涂层。

优选的，还包括：

复合在所述涂层表面的树脂层。

本发明还提供了一种钛合金基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将复合粉末与粘结剂混合后预制在钛合金基底表面，经激光熔覆，得到钛合金基复合材料；

所述复合粉末包括镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉。

优选的，所述粘结剂为甲基纤维素。

优选的，所述预制的温度为110℃～130℃，时间为1.5h～2.5h。

优选的，所述激光熔覆的激光功率为1100W～1500W，激光束大小为(5～7)mm×(2～4)mm，扫描速度为3mm/s～6mm/s。

优选的，还包括：

在得到的钛合金基复合材料表面复合树脂层。

本发明提供了一种复合涂层、钛合金基复合材料及其制备方法，所述复合涂层由复合粉末经激光熔覆形成；所述复合粉末包括镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉。所述钛合金基复合材料包括：钛合金基底；复合在所述钛合金基底上的涂层；所述涂层为上述技术方案所述的复合涂层。与现有技术相比，本发明以镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉的复合粉末为原料，利用激光熔覆技术在钛合金基底上制备复合涂层，得到的钛合金基复合材料同时具有较高的耐磨性和较好的高温抗氧化性。实验结果表明，本发明提供的钛合金基复合材料室温时的耐磨性能为普通钛合金的2倍，高温氧化32h后的相对抗氧化性能为普通钛合金的8.4倍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例粉末形貌的扫描电镜照片；

图2为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料横截面的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例1得到的复合涂层的X射线衍射图谱；

图4为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料横截面硬度分别曲线；

图5为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金在25℃下的摩擦系数；

图6为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金在600℃下的摩擦系数；

图7为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金在不同温度下的磨损率；

图8为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金磨损表面和磨屑的扫描电镜照片；

图9为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金相对抗氧化性能；

图10为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料高温氧化后的复合涂层表面的X射线衍射图谱；

图11为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金高温氧化后横截面的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种复合涂层，由复合粉末经激光熔覆形成；

所述复合粉末包括镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉。

在本发明中，所述复合粉末优选具体包括：镍铬合金9wt％～15wt％；碳化铬21wt％～35wt％；硅粉10wt％～30wt％；余量为铝粉。在本发明中，所述镍铬合金具有优异的高温耐磨性和抗氧化性能，可以用作复合材料的增韧相，为复合材料提供良好的支撑连接作用，防止复合材料发生断裂等现象。在本发明中，所述镍铬合金优选包括：60wt％～90wt％的镍和10wt％～40wt％的铬，更优选包括75wt％～82wt％的镍和18wt％～25wt％的铬，最优选为80wt％的镍和20wt％的铬。在本发明中，所述镍铬合金为粉状，粒度优选为20μm～50μm，更优选为25μm～45μm；本发明对所述镍铬合金的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述复合粉末优选包括9wt％～15wt％的镍铬合金，更优选为12wt％。

在本发明中，所述碳化铬为陶瓷材料，具有较高的硬度、较高的强度、较高的熔点和较好的热稳定性，常用作耐磨材料的增强相，具有优异的耐磨性能，能够发挥抗磨作用。在本发明中，所述碳化铬为粉状，粒度优选为20μm～50μm，更优选为25μm～45μm。本发明对所述碳化铬的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述复合粉末优选包括21wt％～35wt％的碳化铬，更优选为28wt％。

在本发明中，所述硅粉的粒度优选为10μm～40μm，更优选为15μm～35μm；所述铝粉的粒度优选为10μm～40μm，更优选为15μm～35μm。本发明对所述硅粉和铝粉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硅粉和铝粉的市售商品即可。在本发明中，所述复合粉末优选包括10wt％～30wt％的硅粉，更优选为20wt％。

在本发明提供的一个优选的实施例中，所述复合粉末为：镍铬合金9wt％；碳化铬21wt％；硅粉30wt％；铝粉40wt％。在本发明提供的另一个优选的实施例中，所述复合粉末为镍铬合金12wt％；碳化铬28wt％；硅粉20wt％；铝粉40wt％。在本发明提供的另一个优选的实施例中，所述复合粉末为镍铬合金15wt％；碳化铬35wt％；硅粉10wt％；铝粉40wt％。

在本发明中，所述激光熔覆是一种表面改性技术，能够通过高能量密度的激光束将复合粉末熔融后发生反应，得到激光熔覆层，所述激光熔覆层凝固时冷却速度快、凝固组织细小，得到涂层与基底冶金结合。

在本发明中，所述复合涂层的主要成分为γ-Ni、Al₈Cr₅、TiC、Ti₅Si₃、Cr₃Si，具有硬度和耐磨性高的优点；同时，在高温条件下，复合涂层表面能够形成致密的Al₂O₃和NiCr₂O₄，能够有效阻止氧原子的扩散，具有较好的高温抗氧化性。在本发明中，所述复合涂层的厚度优选为0.5mm～2.5mm，更优选为1mm～2mm。

本发明还提供了一种钛合金基复合材料，包括：

钛合金基底；

复合在所述钛合金基底上的涂层；

所述涂层为上述技术方案所述的复合涂层。

在本发明中，所述钛合金基底即钛合金，本发明对所述钛合金的来源和型号没有特殊限制，如可采用本领域技术人员熟知的TA型钛合金、TB型钛合金和TC型钛合金的市售商品即可。在本发明提供的实施例中，所述钛合金基底选用TC4型钛合金，即Ti-6Al-4V合金。在本发明中，所述Ti-6Al-4V合金各元素的质量分数如表1所示。

表1 Ti-6Al-4V合金各元素的质量分数

在本发明中，所述钛合金基底上复合有涂层；所述涂层为上述技术方案所述的复合涂层，本发明对此不再赘述。在本发明中，所述钛合金基复合材料优选还包括：

复合在所述涂层表面的树脂层。在本发明中，所述树脂层的作用是便于材料的打磨抛光，本发明对此没有特殊限制；所述树脂层所用的树脂优选为环氧树脂；所述树脂层的厚度优选为5mm～10mm，更优选为8mm。

本发明还提供了一种钛合金基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将复合粉末与粘结剂混合后预制在钛合金基底表面，经激光熔覆，得到钛合金基复合材料；

所述复合粉末包括镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉。

在本发明中，所述复合粉末包括镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉。在本发明中，所述镍铬合金具有优异的高温耐磨性和抗氧化性能，可以用作复合材料的增韧相，为复合材料提供良好的支撑连接作用，防止复合材料发生断裂等现象。在本发明中，所述镍铬合金优选包括：60wt％～90wt％的镍和10wt％～40wt％的铬，更优选包括75wt％～82wt％的镍和18wt％～25wt％的铬，最优选为80wt％的镍和20wt％的铬。在本发明中，所述镍铬合金为粉状，粒度优选为20μm～50μm，更优选为25μm～45μm；本发明对所述镍铬合金的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述碳化铬为陶瓷材料，具有较高的硬度、较高的强度、较高的熔点和较好的热稳定性，常用作耐磨材料的增强相，具有优异的耐磨性能，能够发挥抗磨作用。在本发明中，所述碳化铬为粉状，粒度优选为20μm～50μm，更优选为25μm～45μm。本发明对所述碳化铬的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述硅粉的粒度优选为10μm～40μm，更优选为15μm～35μm；所述铝粉的粒度优选为10μm～40μm，更优选为15μm～35μm。本发明对所述硅粉和铝粉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硅粉和铝粉的市售商品即可。

在本发明中，所述镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉的质量比优选为(9～15)：(21～35)：(10～30)：40。在本发明提供的一个优选的实施例中，所述镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉的质量比为9：21：30：40。在本发明提供的另一个优选的实施例中，所述镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉的质量比为12：28：20：40。在本发明提供的另一个优选的实施例中，所述镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉的质量比为15：35：10：40。

在本发明中，首先将镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉混合，得到复合粉末。在本发明中，所述混合的目的是将各原料均匀分散；本发明对所述混合的设备没有特殊限制，优选为球磨机。在本发明中，所述混合的时间优选为1h～3h，更优选为2h。本发明对粉末形貌进行表征，请参见图1，图1为本发明实施例粉末形貌的扫描电镜照片，其中，(a)为NiCrCr₃C₂粉末，(b)为铝粉，(c)为硅粉，(d)为复合粉末。

得到所述复合粉末后，本发明将上述复合粉末与粘结剂混合后预制在钛合金基底表面，经激光熔覆，得到具有复合涂层的钛合金基复合材料。在本发明中，所述粘结剂优选为甲基纤维素。在本发明中，所述粘结剂的作用是将复合粉末粘结在钛合金基底上；本发明对所述粘结剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的甲基纤维素的市售商品即可。

在本发明中，将复合粉末与粘结剂混合后预制在钛合金基底表面的过程具体包括以下步骤：

首先将粘结剂制成高浓度粥状母液；再将所述高浓度粥状母液与水混合，搅拌至透明；然后将上述粘结剂的水溶液与复合粉末混合，搅拌成糊状；最后将上述混合物涂覆于钛合金基底表面，干燥，完成预制过程。

在本发明中，所述预制的温度优选为110℃～130℃，更优选为120℃；所述预制的时间优选为1.5h～2.5h，更优选为2h。

完成所述预制过程后，本发明对预制粉末表面进行激光熔覆，得到钛合金基复合材料。在本发明中，所述激光熔覆是一种表面改性技术，能够通过高能量密度的激光束将复合粉末熔融后发生反应，得到激光熔覆层，所述激光熔覆层凝固时冷却速度快、凝固组织细小，得到涂层与基底冶金结合。在本发明中，所述激光熔覆的激光功率优选为1100W～1500W，更优选为1200W～1400W；所述激光熔覆的激光束大小优选为(5～7)mm×(2～4)mm，更优选为6mm～3mm；所述激光熔覆的扫描速度优选为3mm/s～6mm/s，更优选为4mm/s～5mm/s。本发明对所述激光熔覆的设备没有特殊限制，优选为半导体激光器；本发明对所述激光扫描的方式没有特殊限制，如可采用本领域技术人员熟知的单道或多道搭接激光扫描。

得到所述钛合金基复合材料后，本发明优选还包括：

在得到的钛合金基复合材料表面复合树脂层。在本发明中，所述树脂层的作用是便于材料的打磨抛光，本发明对此没有特殊限制；所述树脂层所用的树脂优选为环氧树脂；所述树脂层的厚度优选为5mm～10mm，更优选为8mm。

本发明提供了一种复合涂层、钛合金基复合材料及其制备方法，所述复合涂层由复合粉末经激光熔覆形成；所述复合粉末包括镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉。所述钛合金基复合材料包括：钛合金基底；复合在所述钛合金基底上的涂层；所述涂层为上述技术方案所述的复合涂层。与现有技术相比，本发明以镍铬合金、碳化铬、硅粉和铝粉的复合粉末为原料，利用激光熔覆技术在钛合金基底上制备涂层，得到的钛合金基复合材料同时具有较高的耐磨性和较好的高温抗氧化性。实验结果表明，本发明提供的钛合金基复合材料室温时的耐磨性能为普通钛合金的2倍，高温氧化32h后的相对抗氧化性能为普通钛合金的8.4倍。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的Ti-6Al-4V合金由上海代远金属制品有限公司提供；所用镍铬合金为Ni-20Cr合金，即80wt％Ni-20wt％Cr，由北京兴荣源科技有限公司提供；所用碳化铬、硅粉和铝粉均由北京兴荣源科技有限公司提供；所用甲基纤维素的型号为60FH，由上海锴源化工科技有限公司提供；所用环氧树脂由上海敏新检测仪器有限公司提供。

实施例1

(1)将12wt％、粒度为25μm～45μm的Ni-20Cr合金、28％、粒度为25μm～45μm的Cr₃C₂、20wt％、粒度为15μm～35μm的硅粉、40wt％、粒度为15μm～35μm的铝粉放入QM-3SP04型球磨机中，球磨2h，烘干，得到复合粉末。

(2)将60FH型甲基纤维素制成高浓度粥状母液后与水混合，搅拌至透明，再将上述溶液与复合粉末混合，搅拌成糊状，最后将上述混合物涂覆于Ti-6Al-4V合金基底表面，涂覆厚度为1.5mm，在120℃干燥炉中保温2h。

(3)采用DLS-980.10-3000C半导体激光器扫描预制粉末表面，设置激光功率为1200W，激光束大小为6mm×3mm，扫描速度为3mm/s，激光扫描方式为单道或多道搭接激光扫描，得到复合涂层。

(4)在复合涂层表面复合厚度为8mm环氧树脂层，得到钛合金基复合材料。

利用扫描电镜对实施例1中得到的钛合金基复合材料的横截面进行分析，如图2所示，图2为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料横截面的扫描电镜照片。由图2可知，本发明实施例1得到的钛合金基复合材料为多层结构，自下而上分别为Ti-6Al-4V合金基底、复合涂层和环氧树脂层，Ti-6Al-4V合金基底和涂层为冶金结合。

对实施例1中得到的钛合金基复合材料的涂层进行X射线衍射分析，如图3所示，图3为本发明实施例1得到的复合涂层的X射线衍射图谱。由图3可知，本发明实施例1得到的复合涂层的主要成分为γ-Ni、Al₈Cr₅、TiC、Ti₅Si₃、Cr₃Si。

采用MH-5维氏显微硬度计，对实施例1中得到的钛合金基复合材料的显微硬度进行测试，测试条件为：加载载荷为200g，测试时间为15s。测试结果如图4所示，图4为本发明实施例1中得到的钛合金基复合材料横截面硬度分别曲线。如图4可知，复合涂层平均硬度为750HV_0.5为Ti-6Al-4V合金(360HV_0.5)的2倍。

实施例2

(1)将12wt％、粒度为25μm～45μm的Ni-20Cr合金、28％、粒度为25μm～45μm的Cr₃C₂、20wt％、粒度为15μm～35μm的硅粉、40wt％、粒度为15μm～35μm的铝粉放入QM-3SP04型球磨机中，球磨2h，烘干，得到复合粉末。

(2)将60FH型甲基纤维素制成高浓度粥状母液后与水混合，搅拌至透明，再将上述溶液与复合粉末混合，搅拌成糊状，最后将上述混合物涂覆于Ti-6Al-4V合金基底表面，涂覆厚度为1.5mm，在120℃干燥炉中保温2h。

(3)采用DLS-980.10-3000C半导体激光器扫描预制粉末表面，设置激光功率为1200W，激光束大小为6mm×3mm，扫描速度为4mm/s，激光扫描方式为单道或多道搭接激光扫描，得到复合涂层。

(4)在复合涂层表面复合厚度为8mm环氧树脂层，得到钛合金基复合材料。

实施例3

(1)将12wt％、粒度为25μm～45μm的Ni-20Cr合金、28％、粒度为25μm～45μm的Cr₃C₂、20wt％、粒度为15μm～35μm的硅粉、40wt％、粒度为15μm～35μm的铝粉放入QM-3SP04型球磨机中，球磨2h，烘干，得到复合粉末。

(2)将60FH型甲基纤维素制成高浓度粥状母液后与水混合，搅拌至透明，再将上述溶液与复合粉末混合，搅拌成糊状，最后将上述混合物涂覆于Ti-6Al-4V合金基底表面，涂覆厚度为1.5mm，在120℃干燥炉中保温2h。

(3)采用DLS-980.10-3000C半导体激光器扫描预制粉末表面，设置激光功率为1200W，激光束大小为6mm×3mm，扫描速度为5mm/s，激光扫描方式为单道或多道搭接激光扫描，得到复合涂层。

(4)在复合涂层表面复合厚度为8mm环氧树脂层，得到钛合金基复合材料。

实施例4

(1)将12wt％、粒度为25μm～45μm的Ni-20Cr合金、28％、粒度为25μm～45μm的Cr₃C₂、20wt％、粒度为15μm～35μm的硅粉、40wt％、粒度为15μm～35μm的铝粉放入QM-3SP04型球磨机中，球磨2h，烘干，得到复合粉末。

(2)将60FH型甲基纤维素制成高浓度粥状母液后与水混合，搅拌至透明，再将上述溶液与复合粉末混合，搅拌成糊状，最后将上述混合物涂覆于Ti-6Al-4V合金基底表面，涂覆厚度为1.5mm，在120℃干燥炉中保温2h。

(3)采用DLS-980.10-3000C半导体激光器扫描预制粉末表面，设置激光功率为1200W，激光束大小为6mm×3mm，扫描速度为6mm/s，激光扫描方式为单道或多道搭接激光扫描，得到复合涂层。

(4)在复合涂层表面复合厚度为8mm环氧树脂层，得到钛合金基复合材料。

实施例5

(1)将15wt％、粒度为25μm～45μm的Ni-20Cr合金、35％、粒度为25μm～45μm的Cr₃C₂、10wt％、粒度为15μm～35μm的硅粉、40wt％、粒度为15μm～35μm的铝粉放入QM-3SP04型球磨机中，球磨2h，烘干，得到复合粉末。

(2)将60FH型甲基纤维素制成高浓度粥状母液后与水混合，搅拌至透明，再将上述溶液与复合粉末混合，搅拌成糊状，最后将上述混合物涂覆于Ti-6Al-4V合金基底表面，涂覆厚度为1.5mm，在120℃干燥炉中保温2h。

(3)采用DLS-980.10-3000C半导体激光器扫描预制粉末表面，设置激光功率为1200W，激光束大小为6mm×3mm，扫描速度为4mm/s，激光扫描方式为单道或多道搭接激光扫描，得到复合涂层。

(4)在复合涂层表面复合厚度为8mm环氧树脂层，得到钛合金基复合材料。

实施例6

(1)将9wt％、粒度为25μm～45μm的Ni-20Cr合金、21％、粒度为25μm～45μm的Cr₃C₂、30wt％、粒度为15μm～35μm的硅粉、40wt％、粒度为15μm～35μm的铝粉放入QM-3SP04型球磨机中，球磨2h，烘干，得到复合粉末。

(2)将60FH型甲基纤维素制成高浓度粥状母液后与水混合，搅拌至透明，再将上述溶液与复合粉末混合，搅拌成糊状，最后将上述混合物涂覆于Ti-6Al-4V合金基底表面，涂覆厚度为1.5mm，在120℃干燥炉中保温2h。

(3)采用DLS-980.10-3000C半导体激光器扫描预制粉末表面，设置激光功率为1200W，激光束大小为6mm×3mm，扫描速度为4mm/s，激光扫描方式为单道或多道搭接激光扫描，得到复合涂层。

(4)在复合涂层表面复合厚度为8mm环氧树脂层，得到钛合金基复合材料。

对比例

Ti-6Al-4V合金。

本发明分别在25℃和600℃条件下，对实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金进行摩擦、磨损性能测试，测试条件为：

载荷：650g；

磨损时间：40min；

磨损半径：1.5mm；

角速度：1344r/min；

对磨件：Si₃N₄陶瓷球，半径2mm，硬度1600HV。

测试结果如图5～7所示，其中，图5为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金在25℃下的摩擦系数；图6为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金在600℃下的摩擦系数；图7为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金在不同温度下的磨损率。由图5～6可知，在25℃和600℃条件下，对比例的Ti-6Al-4V合金的摩擦系数分别为0.52和0.41，实施例1得到的钛合金基复合材料的摩擦系数分别为0.45和0.40，无论室温(25℃)还是高温(600℃)测试条件下，实施例1得到的钛合金基复合材料的摩擦系数均低于对比例的Ti-6Al-4V合金，表明复合涂层有效降低钛合金粘着和犁沟阻力；由图7可知，在25℃和600℃条件下，对比例的Ti-6Al-4V合金的磨损率分别为23.3×10^-5mm³/Nm和10.63×10^-5mm³/Nm，实施例1得到的钛合金基复合材料的磨损率分别为10.38×10^-5mm³/Nm和13.84×10^-5mm³/Nm，表明室温条件下复合涂层表现出优异耐磨性能，而高温条件下，复合涂层的耐磨性能略有较低，但还是表现较低的磨损率。

同时，本发明分别对25℃条件下实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金进行摩擦、磨损性能测试的磨损表面和磨屑形貌进行分析，请参见图8，图8为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金磨损表面和磨屑的扫描电镜照片，其中，(a)Ti-6Al-4V合金磨损表面，(b)钛合金基复合材料磨损表面，(c)Ti-6Al-4V合金磨屑，(b)钛合金基复合材料磨屑。由图8可知，对比例的Ti-6Al-4V合金表面产生严重塑性变形和较深犁沟，其磨屑呈现大型块状和颗粒状磨屑，表明Ti-6Al-4V合金表面发生严重的磨粒磨损和粘着磨损；而实施例1得到的钛合金基复合材料表面相对光滑，产生轻微塑性变形和脆性颗粒脱落，其磨屑为球状或颗粒状磨屑，表明复合涂层表面轻微粘着磨损和磨粒磨损。

此外，本发明对实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金的高温抗氧化性能进行测试，测试方法具体为：

采用高温电阻空气炉分别测定对比例的Ti-6Al-4V合金和实施例1得到的钛合金基复合材料在800℃恒温氧化32h后的氧化性能。用精确度为±0.1mg的电子天平测量氧化前后Ti-6Al-4V合金和钛合金基复合材料的重量，以Ti-6Al-4V合金为参考试样，计算钛合金基复合材料的相对抗氧化性，如式(1)所示，

其中，ΔW_a为Ti-6Al-4V合金800℃氧化32h的增重量，S_a为Ti-6Al-4V合金的面积，ΔW_b为钛合金基复合材料800℃氧化32h的增重量，S_b为钛合金基复合材料的面积。测试结果如图9所示，图9为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金相对抗氧化性能。由图9可知，高温氧化32h后，本发明实施例1得到的钛合金基复合材料的相对抗氧化性能为对比例的Ti-6Al-4V合金的8.4倍。

同时，本发明对实施例1得到的钛合金基复合材料高温氧化后的复合涂层表面进行X射线衍射分析，如图10所示，图10为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料高温氧化后的复合涂层表面的X射线衍射图谱。由图10可知，本发明实施例1得到的钛合金基复合材料高温氧化后的复合涂层表面生成致密的Al₂O₃和NiCr₂O₄，能有效阻止氧原子的扩散；最后，本发明利用扫描电镜对实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金高温氧化后的横截面进行分析，如图11所示，图11为本发明实施例1得到的钛合金基复合材料和对比例的Ti-6Al-4V合金高温氧化后横截面的扫描电镜照片，其中，(a)为Ti-6Al-4V合金，(b)为钛合金基复合材料。由图11可知，复合涂层表面生成的氧化膜粘着于复合涂层表面，厚度为10μm～15μm，较Ti-6Al-4V合金的氧化膜更为致密，更加有利于阻止氧原子的扩散。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种复合涂层，其特征在于，由复合粉末经激光熔覆形成；

所述复合粉末具体包括：

镍铬合金 9wt％～15wt％；

碳化铬 21wt％～35wt％；

硅粉 10wt％～30wt％；

余量为铝粉。

2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层的厚度为0.5mm～2.5mm。

3.一种钛合金基复合材料，其特征在于，包括：

钛合金基底；

复合在所述钛合金基底上的涂层；

所述涂层为权利要求1～2任一项所述的复合涂层。

4.根据权利要求3所述的钛合金基复合材料，其特征在于，还包括：

复合在所述涂层表面的树脂层。

5.一种钛合金基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将复合粉末与粘结剂混合后预制在钛合金基底表面，经激光熔覆，得到钛合金基复合材料；

所述复合粉末具体包括：

镍铬合金 9wt％～15wt％；

碳化铬 21wt％～35wt％；

硅粉 10wt％～30wt％；

余量为铝粉。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为甲基纤维素。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述预制的温度为110℃～130℃，时间为1.5h～2.5h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述激光熔覆的激光功率为1100W～1500W，激光束大小为(5～7)mm×(2～4)mm，扫描速度为3mm/s～6mm/s。

9.根据权利要求5～8任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括：

在得到的钛合金基复合材料表面复合树脂层。