CN110218889B - 一种Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料及其制备方法。复合材料化学成分为：Ti为22.2～29.6wt.％、Si为7.8～10.4wt.％、Inconel 718为50wt.％、Ni包CaF2为10～20wt.％；复合材料以初生Ti5Si3为增强相、以CaF2为自润滑相、以Ti5Si3/NiTi2/γ"‑Ni3Nb/γ‑(Ni,Fe)多元共晶为基体相，Ti5Si3及NiTi2均是原位自生。所述复合材料组织致密、晶粒细小、具有优异的常温及高温耐磨、减摩和抗氧化性能。本发明可广泛应用于制造工作于高温强磨损伴有高温氧化的恶劣服役环境下的各类关键模具，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料及其制备方法。
背景技术
在铝、镁、钛等轻合金型材挤压加工领域，就数量来讲我国是第一大国，却并非强国，关键挤压技术仍落后于国际先进水平，集中体现在挤压速度低与模具寿命短两个主要方面。以生产同等规格的 6N01高铁铝合金车体型材为例，国际企业的挤压速度约为3-10m/min，国内企业则多在1-3m/min，而且国产模具平均使用寿命仅为国际先进水平的1/3左右，模具寿命决定模具成本，模具成本约占生产成本总和的30％，由此导致了企业生产成本过高、生产效率低下，在国际市场上的竞争力较差等问题。
在铝、镁、钛等轻合金型材挤压过程中，挤压设备的关键零部件长期工作于高接触应力高温强磨损的恶劣工况下，这种工况要求挤压模具必须具有高温耐磨及减摩性能好、高温持久强度高等特点。现阶段，模具耐磨性差、使用寿命相对较短的问题一直困扰着挤压加工生产企业，因此开发高温力学性能、高温摩擦磨损性能及高温抗氧化性能优异的新型高温结构材料及材料制备方法，对于降低生产成本、提高生产效率、提高产品的内在及外观质量，提升我国轻合金型材挤压加工企业在国际市场上的竞争力具有重大意义。
诸如轻合金型材挤压模具这类承受高接触应力高温强磨损的关键零部件，如果在保持良好的高温持久强度的前提下提高其高温耐磨性，会有效提高其使用寿命。如果在提高材料的高温耐磨性的同时，引入一定含量的高温固体自润滑相，与高温耐磨增强相、基体相一起构成高温高强自润滑耐磨抗氧化多相掺杂复合材料，无疑会使其使用寿命进一步得到提高。因此，选择合适的制备手段开发既具有良好的高温耐磨、减摩性能又具有优异的抗高温氧化性能的高温合金基新型复合材料已成为当前材料领域的研究热点之一。
直流电弧等离子体设备同激光设备相比具有设备造价低、能量转换效率高、使用成本低、生产效率高、操作维修方便等特点。近年来直流等离子弧作为相对廉价的高能束流被广泛用于复杂金属结构件的熔化沉积快速成形。双路分步送粉等离子熔化沉积技术在无需模具和工装的条件下，可以直接成形形状复杂的金属零件，成形件内部组织细小致密，层内无间隙、裂纹等缺陷，层间冶金结合良好。该技术既可用于金属或梯度材料的快速成形、金属零部件的表面修复，还可用于熔化沉积易损耗、易分解、密度较小、质量较轻的粉末，是低成本直接快速制造金属结构件的有效途径之一。本发明以不同比例的 Ti粉、Si粉、Inconel 718高温合金粉和机械合金化后的Ni包CaF2混合粉末为原材料，利用双路分步送粉等离子弧熔化沉积设备，在冷挤压模具用材4Cr5MoSiV1钢表面制备了以初生Ti5Si3金属硅化物为耐磨增强相、以弥散分布的团簇状CaF2为固体润滑相、以 Ti5Si3/NiTi2/γ"-Ni3Nb/γ-(Ni,Fe)多元共晶为基体的原位自生多相掺杂复合材料。该复合材料组织致密、具有非平衡快速凝固特征，无气孔、无裂纹，具有优异的常温及高温耐磨性、良好的减摩性能及高温抗氧化性能。该原位自生复合材料及其双路分步送粉等离子弧熔化沉积制备技术在制备性能优异的模具材料方面具有良好的应用前景。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的之一是，提供一种 Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料；
本发明的目的之二是，提供一种用于制备有色金属冷变形加工用模具的高温耐磨、减摩、抗氧化性能优异的原位自生先进复合材料，开发一种新型的模具材料；
本发明的目的之三是，提供一种双路分步送粉等离子弧熔化沉积制备技术制备原位自生先进复合材料的方法；
本发明的目的之四是，提供一种机械合金化制备Ni包CaF2粉末的方法。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料，所述复合材料的原材料包括Ti粉、Si粉、Inconel 718高温合金粉和Ni包CaF2粉，其中：Ti粉为22.2～29.6wt.％、Si粉为7.8～10.4wt.％、Inconel 718 高温合金粉为50wt.％、Ni包CaF2粉末为10～20wt.％；
所述复合材料的组织组成相为：以初生金属硅化物Ti5Si3为增强相、以CaF2为自润滑相、以共晶NiTi2、共晶Ti5Si3和γ"-Ni3Nb为基体强化相，以固溶了大量Ti及Cr元素的过饱和γ-(Ni,Fe)固溶体基体。
所述的Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料的制备方法，制备步骤为：
1)预备合金粉末，具体为：将粒度为100～300目的Ti粉22.2～29.6 wt.％、Si粉7.8～10.4wt.％和Inconel 718高温合金粉50wt.％，先后经 80目和150目的筛子过滤后，在混料机内充分混合均匀，形成Ti、 Si和Inconel 718合金粉末，然后置于干燥箱中在137℃下充分烘干；取10～20wt.％的Ni包CaF2粉末备用；
2)采用双路分步送粉等离子弧熔化沉积系统，依次开启等离子电源开关、控制机床开关、送粉器开关，引燃转移等离子弧，按如下工艺参数开始熔化沉积制备所述复合材料：工作电流75～78A，工作电压35V，扫描速度2mm/s，输送Ti、Si和Inconel 718合金粉末的送粉量6.2g/min，输送Ni包CaF2粉末的送粉量6.7g/min，保护气流量310～350L/h，工作气流量270～320L/h，枪样距13mm；
3)引燃转移等离子弧后，产生高温高能量密度转移等离子弧，金属基材在高温高能量密度转移等离子弧的快速加热作用下，金属基材的浅层基材迅速熔化，同时，经过烘干的Ti、Si和Inconel 718合金粉末通过其中一路送粉通道被送粉气送入到等离子弧柱与熔池顶部交汇的高温区域中，与此同时，将Ni包CaF2粉末通过另一路送粉通道被送粉气输送到靠近熔池边缘温度较低的区域；Ti、Si和Inconel 718合金粉末被等离子弧迅速加热至熔化，熔化的合金粉末及熔化的浅层基材混合在一起形成合金熔池，在等离子弧的搅拌作用下，合金熔池中的各元素充分混合、互相扩散，并发生冶金反应，等离子弧移开后，由合金于熔池与金属基材之间存在巨大的温度梯度，在金属基材的热传导作用下，合金熔池产生快速非平衡凝固，从而获得组织细小的以初生金属硅化物Ti5Si3为增强相，以CaF2为自润滑相，以共晶 NiTi2、共晶Ti5Si3和γ"-Ni3Nb为基体强化相，以固溶了大量Ti及 Cr元素的过饱和γ-(Ni,Fe)固溶体为基体的多相掺杂复合材料。
其中大部分经机械合金化的Ni包CaF2粉末在等离子弧的高温加热作用下通过溶解再析出的方式生成晶粒细小的CaF2自润滑相，并均匀弥散分布在复合材料中；少部分以Ni包CaF2粉末的形式保留在复合材料中。熔化沉积过程中，合金熔池始终受氩气保护，避免了空气中的氧气、氮气等气体进入熔池参与反应，导致氧化物及氮化物等杂质相的生成。
合金熔池凝固顺序为：在Inconel 718-Ti-Si-Ni包CaF2体系中， Ti5Si3具有最高的熔点和最负的吉布斯形成自由能，合金熔池凝固过程中Ti5Si3作为初生相首先凝固析出，随着熔池不断冷却及Ti5Si3初生相的大量析出，残余熔体趋于贫Ti、Si而富Fe、Ni、Cr等元素，剩余合金熔液以Ti5Si3/NiTi2/γ"-Ni3Nb/γ-(Ni,Fe)多元共晶形式析出。组织细小的共晶相(Ti5Si3、NiTi2和γ"-Ni3Nb)作为弥散强化相均匀弥散分布在γ-(Ni,Fe)固溶体基体中；同时，由于合金熔池具有非平衡快速凝固特点，γ-(Ni,Fe)固溶体中所固溶的Ti、Cr等元素来不及析出，形成过饱和γ-(Ni,Fe)固溶体，依靠弥散强化和固溶强化作用，γ-(Ni,Fe)固溶体基体的高温力学性能得到有效提升。机械合金化后的Ni包CaF2粉末被输送到了合金熔池温度相对较低的区域，在合金熔池中，Ni包CaF2粉末发生溶解，随后重新形核并凝固析出，形成球形颗粒状CaF2自润滑相，呈团簇状弥散分布在γ-(Ni,Fe) 固溶体基体中；未溶解的Ni包CaF2粉末以原始形态保留在凝固后的复合材料中。
在上述技术方案的基础上，所述双路分步送粉等离子弧熔化沉积系统为配备多轴联动数控机床、高精度送粉器及具有双路分步送粉功能的转移等离子弧发生器(等离子枪)的通用型等离子熔化沉积系统。
在上述技术方案的基础上，所述金属基体的材料为制造挤压模具常用材料4Cr5MoSiV1热作模具钢。
一种Ni包CaF2粉末的方法，所述Ni包CaF2粉末采用机械合金化制备，具体步骤为：将质量分数比为1:1的Ni粉和CaF2粉末置于不锈钢球磨罐中，按球料比为10:1的比例放入不锈钢磨球，在 QM-3SP4型行星球磨机中以300r/min的转速球磨13h；
(1)球磨初期：Ni粉和CaF2粉末在磨球与磨球、磨球与罐壁之间的持续碰撞和摩擦作用下发生变形，韧性较好的Ni粉颗粒变得扁平，而CaF2粉末被破碎成尺寸细小，形状多样的颗粒，并在球磨的继续作用下，高硬度的CaF2颗粒嵌入到形状不规则的Ni颗粒上，形成扁平状的复合颗粒。
(2)球磨中期：在摩擦碰撞和CaF2颗粒的挤压、剪切作用下，扁平状的Ni颗粒细化，并产生加工硬化，Ni颗粒进一步塑性变形的能力变小，粒径大小分布趋于均匀。随着球磨时间增加，冷焊取代粉体断裂成为主导作用，促使颗粒进一步碎化，尺寸变小，Ni/CaF2粉体发生团聚现象，Ni牢固的堆积或附着在CaF2颗粒表面。
(3)球磨后期：粉体断裂和冷焊共同作用导致较大的颗粒产生裂纹，在持续摩擦碰撞情况下裂纹扩展直至颗粒断裂，形成尺寸更细，粒径更均匀的Ni完整包覆CaF2的复合颗粒。
在上述技术方案的基础上，为避免粉末在球磨过程中与空气中的 O2、N2发生反应，球磨前通过真空泵将不锈钢球磨罐抽真空15min，通入氩气进行保护。
由于CaF2密度较低、粒径较小，向冶金熔池中输送过程中，部分CaF2粉末会散失。当混合粉末中CaF2的质量分数低于10％时，所述复合材料中检测不到CaF2相；当混合粉末中CaF2的质量分数在 10％-20％时，所述复合材料中存在CaF2；当混合粉末中CaF2的质量分数高于20％时，过多的CaF2影响了所述复合材料的成形质量。因此，本发明用于制备所述Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料的粉末原材料中CaF2的最高含量(wt.％)不超过20％。
本发明的有益效果：
本发明公开了一种Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料及其制备方法，为采用经济、有效的手段大幅度提高有色金属冷变形加工用模具的使用寿命奠定了理论及技术基础。
本发明公开了一种机械合金化制备Ni包CaF2粉末的方法，克服了CaF2粉末密度小，质量轻，流动性差，粉末输送困难等缺陷，Ni 包覆可以改善CaF2的密度及CaF2与γ-(Ni,Fe)固溶体基体的相容性，有效地抑制CaF2在等离子熔化沉积过程中发生上浮，使CaF2在熔池中分布相对均匀。
本发明克服了常规模具材料耐磨性不足的缺陷，所制备的复合材料具有较高的硬度，优异的耐磨、减摩及高温抗氧化性能。其主要优点为：
第一，合金粉末被工作气体分步送入到等离子弧柱中，合金粉末经过高温高能量密度束流急速加热、快速熔化，熔化的合金粉末及熔化的浅层基材混合在一起形成合金熔池，在等离子束流的搅拌作用下合金熔池中的各元素充分混合并发生冶金反应，随后合金熔池在金属基材热传导的作用下发生快速非平衡凝固，获得以初生Ti5Si3金属硅化物为增强相、以CaF2为润滑相、以共晶NiTi2、共晶Ti5Si3和γ"-Ni3Nb为基体强化相，以固溶了大量Ti、Cr元素的过饱和γ-(Ni, Fe)固溶体为基体的Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料。
第二，以初生Ti5Si3金属硅化物为耐磨增强相、以弥散分布的团簇状CaF2为固体润滑相、以Ti5Si3/NiTi2/γ"-Ni3Nb/γ-(Ni,Fe)多元共晶为基体的原位自生多相掺杂复合材料的平均硬度高达HV873以上，摩擦系数低且稳定，具有优异的耐磨、减摩及高温抗氧化性能，用于模具制备结构材料，可有效提高模具的耐磨及减摩性能，大幅度提高其使用寿命。
第三，采用的双路分步送粉等离子弧熔化沉积设备，设备造价较低，操作简便，生产效率，合金粉末利用率高，使得复合材料制备成本大大降低。
附图说明
本发明有如下附图：
图1是本发明实施例中1#复合材料的X射线衍射图谱；
图2是本发明实施例中2#复合材料的X射线衍射图谱；
图3是Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料典型显微组织低倍SEM照片；
图4是Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料典型显微组织高倍SEM照片；
图5是共晶基体的EDS能谱图；
图6是机械合金化后的Ni包CaF2粉末显微组织SEM照片；
图7是Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料的显微硬度分布直方图；
图8是Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料的相对耐磨性；
图9是Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料的摩擦系数随磨损时间变化关系曲线；
图10是Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料氧化表面典型显微组织SEM照片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明是利用双路分步送粉等离子熔化沉积技术制备的一种Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料。所述复合材料的化学成分为：Ti为22.2～29.6wt.％、Si为7.8～10.4wt.％、Inconel 718 为50wt.％、Ni包CaF2为10～20wt.％。复合材料主要组织组成相为初生金属硅化物Ti5Si3增强相、CaF2自润滑相、基体强化相(共晶NiTi2、共晶Ti5Si3、γ"-Ni3Nb)及固溶了大量Ti、Cr元素的过饱和γ-(Ni,Fe) 固溶体基体。所述复合材料显微组织均匀细小、硬度高(平均硬度 HV873以上)、摩擦系数低且稳定，具有优异的耐磨性及良好的减摩性，具有优异的高温抗氧化性，复合材料中CaF2含量越高，摩擦系数越低，耐磨性越好。
实施例
选取表1中的两个经优化设计的Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料作为实施例试验材料。
所述的Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料，其化学成分为：Ti为22.2～25.89wt.％、Si为7.8～9.11wt.％、Inconel 718为50 wt.％、Ni包CaF2为15～20wt.％。复合材料主要组织组成相为初生金属硅化物Ti5Si3增强相、CaF2自润滑相、基体强化相(NiTi2、Ti5Si3、γ"-Ni3Nb)及固溶了大量Ti、Cr元素的过饱和γ-(Ni,Fe)固溶体基体。
所述的Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料，其化学成分为：Ti为25.89～29.6wt.％、Si为9.11～10.4wt.％、Inconel 718为50 wt.％、Ni包CaF2为10～15wt.％。复合材料主要组织组成相为初生金属硅化物Ti5Si3增强相、CaF2自润滑相、基体强化相(NiTi2、Ti5Si3、γ"-Ni3Nb)及固溶了大量Ti、Cr元素的过饱和γ-(Ni,Fe)固溶体基体。
表1：Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料化学成分
制备方法：
(1)采取精度为0.1mg的电子天平称量Inconel 718高温合金粉、 Ti粉、Si粉、机械合金化制备的Ni包CaF2粉，按表1规定的质量比混合合金粉末，粉末粒度要求为100～300目；
(2)将两组混合合金粉末置于干燥箱内，在137℃环境中进行充分烘干；
(3)选择4Cr5MoSiV1作为金属基材，利用双路分步送粉等离子弧熔化沉积系统，在氩气保护条件下在基材表面制备复合材料。
1、利用双路分步送粉等离子弧熔化沉积系统制备所述复合材料
选用粒度为100～300目的上述合金粉末，利用双路分步送粉等离子熔化沉积系统，采用分步送粉方式，在氩气保护的条件下，在 4Cr5MoSiV1钢基材上制备Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料。
双路分步送粉等离子熔化沉积工艺参数为：工作电流75～78A，工作电压35V，扫描速度2mm/s，输送Inconel 718、Ti、Si混合合金粉末的送粉量为6.2g/min，输送Ni包CaF2粉末的送粉量为 6.7g/min，保护气流量310～350L/h，工作气流量270～320L/h，枪样距13mm。
2、复合材料显微组织分析
采用Dmax-2200pc旋转阳极X射线衍射仪对复合材料进行物相组成分析，分别用QUANTA 200FEG型场发射环境扫描电子显微镜及ZEISS EVO18型钨灯丝扫描电子显微镜进行复合材料显微组织分析及磨损形貌观察。
图1、图2分别为1#、2#复合材料的X射线衍射图谱。X射线衍射分析结果表明：1#、2#复合材料的组织组成相均为Ti5Si3、CaF2、 NiTi2和γ-(Ni,Fe)，其中2#复合材料中CaF2的衍射峰的强度明显高于1#复合材料，表明随混合粉末中Ni包CaF2的含量增加，复合材料中CaF2增强相含量也相应地增加。
图3为转移等离子弧熔化沉积Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料典型显微组织低倍SEM照片。结合图3中基体A点处的 EDS能谱(如图5所示)可知，复合材料典型显微组织结构特征为弥散分布的团簇状CaF2固体润滑相分布在Ti5Si3/NiTi2/γ"-Ni3Nb/γ-(Ni, Fe)多元共晶基体中。图4为复合材料典型显微组织高倍SEM照片，与图6所示的机械合金化后的Ni包CaF2粉末相比，复合材料中溶解再析出后的颗粒状CaF2自润滑相的尺寸明显减小，约为1-2μm。
3、复合材料显微硬度测试
利用MH-5L型数字式显微硬度计测量复合材料的平均显微硬度。显微硬度直方图如图7所示，复合材料的平均显微硬度均高于 HV800，随复合材料中Ti5Si3含量的增加及CaF2含量的降低，硬度呈递增的趋势。
4、复合材料高温干滑动摩擦磨损实验
在SRV-4型球-盘式磨损试验机上进行高温干滑动摩擦磨损实验，复合材料为半径12mm，厚度7.88mm的圆盘，与半径5mm的 Si3N4陶瓷对磨球进行摩擦，导致试样表面发生磨损，磨损实验参数如表2所示。
表2：滑动磨损实验参数
以高温合金Inconel 718作为对比试样，采用称重法测量对比试样及复合材料的磨损失重，磨损前后均用酒精擦洗试样，用精度为 10-4g的电子分析天平称量试样磨损失重，用相对耐磨性εr即标样失重与试样失重之比作为衡量试样耐磨性高低的标准，εr越大，表示材料耐磨性越好。不同成分复合材料的磨损实验结果如图8所示。
不同成分复合材料的即时摩擦系数随磨损时间的变化关系曲线如图9所示。
由图8及图9可以看出，等离子熔化沉积Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料具有优异的耐磨及减摩性能，随复合材料中自润滑相CaF2含量增加，复合材料耐磨性呈逐渐增加的趋势、而复合材料摩擦系数呈逐渐降低的趋势。
5、复合材料高温抗氧化实验
在BFX-12B型箱式电阻炉进行高温氧化试验，试验样品为块状，尺寸为4mm×3mm×2mm，图10为复合材料氧化膜表面典型显微组织SEM照片，可见，复合材料表面生成了一层致密、均匀的氧化膜。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (3)
1.一种Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料，其特征在于：所述复合材料的原材料包括Ti粉、Si粉、Inconel 718高温合金粉和Ni包CaF2粉末，其中：Ti粉为22.2～29.6wt.％、Si粉为7.8～10.4wt.％、Inconel 718高温合金粉为50wt.％、Ni包CaF2粉末为10～20wt.％；
所述复合材料的组织组成相为：以初生金属硅化物Ti5Si3为增强相，以CaF2为自润滑相，以共晶NiTi2、共晶Ti5Si3和γ"-Ni3Nb为基体强化相，以固溶了Ti及Cr元素的过饱和γ-(Ni,Fe)固溶体为基体。
2.如权利要求1所述的Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)预备合金粉末，具体为：将粒度为100～300目的Ti粉22.2～29.6wt.％、Si粉7.8～10.4wt.％和Inconel 718高温合金粉50wt.％，先后经80目和150目的筛子过滤后，在混料机内充分混合均匀，形成Ti、Si和Inconel 718合金粉末，然后置于干燥箱中在137℃下充分烘干；取10～20wt.％的Ni包CaF2粉末备用；
2)采用双路分步送粉等离子弧熔化沉积设备，依次开启等离子电源开关、控制机床开关、送粉器开关，引燃转移等离子弧；
3)引燃转移等离子弧后，产生高温高能量密度转移等离子弧，金属基材在高温高能量密度转移等离子弧的快速加热作用下，金属基材的浅层基材迅速熔化，同时，经过烘干的Ti、Si和Inconel 718合金粉末通过其中一路送粉通道被送粉气送入到等离子弧柱与熔池顶部交汇的高温区域中，同时，将Ni包CaF2粉末通过另一路送粉通道被送粉气输送到靠近熔池边缘温度较低的区域；Ti、Si和Inconel 718合金粉末被等离子弧迅速加热至熔化，熔化的合金粉末及熔化的浅层基材混合在一起形成合金熔池，在等离子弧的搅拌作用下，合金熔池中的各元素充分混合、互相扩散，并发生冶金反应，等离子弧移开后，由于合金熔池与金属基材之间存在巨大的温度梯度，在金属基材的热传导作用下，合金熔池产生快速非平衡凝固，从而获得以初生金属硅化物Ti5Si3为增强相，以CaF2为自润滑相，以共晶NiTi2、共晶Ti5Si3和γ"-Ni3Nb为基体强化相，以固溶了大量Ti及Cr元素的过饱和γ-(Ni,Fe)固溶体为基体的多相掺杂复合材料；
所述双路分步送粉等离子弧熔化沉积设备为配备多轴联动数控机床、高精度送粉器及具有双路分步送粉功能的转移等离子弧发生器的通用型等离子熔化沉积系统；
所述双路分步送粉等离子弧熔化沉积设备的工艺参数为：工作电流75～78A，工作电压35V，扫描速度2mm/s，输送Ti、Si和Inconel718合金粉末的送粉量6.2g/min，输送Ni包CaF2粉末的送粉量6.7g/min，保护气流量310～350L/h，工作气流量270～320L/h，枪样距13mm。
3.如权利要求2所述的Ti5Si3+CaF2增强原位自生多相掺杂复合材料的制备方法，其特征在于：所述金属基材的材料为4Cr5MoSiV1热作模具钢。
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