CN114713832B - 一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末的制备方法包括如下步骤：(1)将钛基材料和陶瓷粉末混合均匀、静置，得到混合粉末；(2)将混合粉末进行真空热压烧结处理，得到钛基复合材料；(3)对钛基复合材料进行旋转制粉，得到高硬度耐磨球形钛基复合粉末。本发明制备的高硬度耐磨球形钛基复合粉末陶瓷增强相含量高且分布均匀、粉末粒径分布范围窄、球形度高、流动性好、硬度高，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层的硬度高、耐磨性能优异。

Description

一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属基复合材料技术领域，特别涉及一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法。
背景技术
钛合金以及钛基复合材料以其轻质、高强韧、耐热和耐腐蚀的性能特点，在航空航天、武器装备以及交通运输领域具有广泛的应用前景，然而高强韧钛合金与钛基复合材料硬度较低，耐磨性较差，在耐磨损构件方面的应用受到了限制；在众多耐磨涂层中，通过激光熔覆技术制备的高体积分数陶瓷相强化钛基复合材料耐磨涂层具有与基底材料结合强度高、化学相容性好、厚度与耐磨性可调控的优点，其工业生产与应用前景最为广阔。
传统的激光熔覆工艺主要是将球形钛合金粉末和陶瓷粉末原料经球磨混合均匀后直接同轴送粉熔覆或者制备出粉芯焊丝进行熔覆，在激光束作用下熔化混合并快速冷却后制备出复合材料涂层。该种方法存在以下缺点：第一，为有效提升硬度与耐磨性，引入的陶瓷相含量高，混合粉末或者粉芯钛丝的形式容易导致增强体局部团聚从而引起后续钛基复合材料涂层组织不均匀，因此耐磨性不稳定；第二，为了使陶瓷增强相与钛合金基体界面结合良好，大多数陶瓷粉末原料在熔覆过程中会与钛合金基体发生化学反应生成新的增强体，例如以TiB2、石墨、碳化硼和硅粉会经过反应分别生成TiB、TiC、TiB+TiC、Ti-Si金属间化合物等增强相。此外，采用上述混合粉末或粉芯钛丝时，反应放出的热量会增加局部残余热应力；同时陶瓷聚集区和钛合金区域的物理性质差异较大使得局部熔化与凝固收缩特征不同，从而导致激光熔覆制备的钛基复合材料涂层易出现宏观开裂和内部孔洞的缺陷。
为了降低开裂与孔洞缺陷，提高涂层质量，开发高陶瓷含量的钛基复合粉末直接熔覆变得尤为重要；公开号为CN110340371A的专利公开了一种颗粒增强钛基复合材料增材制造用粉末的制备方法，先熔炼制备钛基复合材料块体，随后采用气雾化制粉技术制备钛基复合粉末，但该种技术仅适用于制备低陶瓷含量的复合粉末，当陶瓷含量大幅增加时，熔炼的块体复合材料组织不均匀且熔点高，也给后续的气雾化流程带来了挑战，因而不适用于制备高陶瓷含量的钛基复合粉末。
发明内容
本发明提供了一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法，本发明制备的高硬度耐磨球形钛基复合粉末陶瓷增强相体积分数高且分布均匀、粒径分布范围窄、球形度高、流动性好，硬度高，适用于制备钛合金表面的复合耐磨涂层，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层的硬度高，耐磨性能优异。
本发明在第一方面提供了一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将钛基材料和陶瓷粉末混合均匀、静置，得到混合粉末；
(2)将所述混合粉末进行真空热压烧结处理，得到钛基复合材料；
(3)对所述钛基复合材料进行旋转制粉，得到所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末。
优选地，在步骤(1)中，所述钛基材料和所述陶瓷粉末在氩气环境中通过球磨混匀后，并在球磨罐中静置6h；
所述球磨的球磨转速为300～400r/min，球磨时间为5～10h，球料比为(5～10):1。
优选地，在步骤(1)中，所述混合粉末中所述陶瓷粉末的含量为5～20wt％。
优选地，在步骤(1)中：所述钛基材料为纯钛粉末、TC4钛合金粉末或TA15钛合金粉末中的一种；优选的是，所述钛合金粉末的粒径为10～53μm；
所述陶瓷粉末为TiB2粉末、石墨粉末中的至少一种；
优选地，所述陶瓷粉末的粒径为0.5～8μm。
优选地，在步骤(2)中，将所述混合粉末进行所述真空热压烧结处理，后随炉冷却，得到包含陶瓷增强相的所述钛基复合材料；
所述陶瓷增强相为TiB、TiC中的至少一种。
优选地，在步骤(2)中，所述真空热压烧结处理的温度为1200～1400℃，压力为20～40MPa，时间为1.5～3h，真空度＞1×10-2Pa。
优选地，在步骤(3)中，将所述钛基复合材料表面车光并加工工装螺纹后，安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹上，设置旋转电极制粉设备的电流、旋转装卡夹的转速、所述钛基复合材料的进给速度，在氩气氛围中，进行所述旋转制粉，使钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，所述细小熔融液滴冷却凝固得到所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末。
优选的是，在步骤(3)中，所述旋转电极制粉设备的电流为600～1000A，旋转装夹的转速为10000～30000r/min，所述钛基复合材料的进给速度为1～3mm/s。
本发明第二方面提供了一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末由上述第一方面中任一所述的制备方法制备得到。
优选地，所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末中陶瓷增强相的体积分数为a，10vol％≤a≤50vol％。
优选地，所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度≥HRC42。
优选地，所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末的粒径为100～200目。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明首先通过高能球磨使钛基材料和陶瓷粉末充分混合，得到混合粉末，然后在真空条件下对混合粉末进行真空热压烧结处理，使得钛基材料中的钛元素和陶瓷粉末发生原位反应获得了陶瓷相均匀分布在钛基材料中的钛基复合材料块体，最后采用旋转电极制粉技术加工块体，使钛基复合材料块体局部受热熔化旋出细小熔融液滴，该细小熔融液滴冷却凝固得到陶瓷增强相分布均匀的高硬度耐磨球形钛基复合粉末。
本发明钛基复合粉末中的陶瓷增强相种类与含量可调控，适用范围广，根据不同的使用需求引入不同含量的陶瓷增强相；通过引入不易发生团聚、分散性好的小粒径陶瓷粉末，进而保证在钛基材料引入高含量的陶瓷粉末，经真空热压烧结处理，制备得到陶瓷增强相分布更均匀、高体积分数陶瓷增强相的高硬度耐磨球形钛基复合粉末，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层的硬度高、耐磨性好的优异性能。
在本发明中采用通过旋转电极制粉设备对钛基复合材料进行旋转制粉；并通过设置旋转装夹的转速、钛基复合材料的进给速度和旋转电极制粉设备的电流，确保钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，依靠表面张力团为球形，最后冷却凝固成陶瓷增强相分布均匀的高硬度耐磨球形钛基复合粉末，能有效降低后续制备熔覆涂层时因陶瓷粉末原料团聚和化学反应放热等因素产生宏观开裂和内部孔洞缺陷的倾向。
本发明制备的高硬度耐磨球形钛基复合粉末陶瓷增强相含量高且分布均匀、质量高、空心粉和卫星粉数量少、粒径分布范围窄、球形度高、流动性好、硬度高，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层的硬度高、耐磨性能优异。
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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例3提供的制备陶瓷增强相体积分数为30vol％(15vol％TiB+15vol％TiC)的高硬度耐磨球形钛基复合粉末的SEM形貌图，图中放大倍数为50倍；
图2是是本发明实施例3提供制备陶瓷增强相体积分数为30vol％(15vol％TiB+15vol％TiC)的高硬度耐磨球形钛基复合粉末的SEM形貌图，图中放大倍数为250倍；
图3是本发明实施例1提供的制备陶瓷增强相体积分数为10vol％(5vol％TiB+5vol％TiC)的高硬度耐磨球形钛基复合粉末剖面形貌图；
图4是本发明实施例3提供的制备陶瓷增强相体积分数为30vol％(15vol％TiB+15vol％TiC)的高硬度耐磨球形钛基复合粉末的剖面形貌图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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的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。
本发明在第一方面提供了一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将钛基材料和陶瓷粉末混合均匀、静置，得到混合粉末；
(2)将所述混合粉末进行真空热压烧结处理，得到钛基复合材料；
(3)对所述钛基复合材料进行旋转制粉，得到所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末。
需要说明的是，利用本申请提供的方法能够制备高陶瓷增强相体积分数的高硬度耐磨球形钛基复合粉末(高硬度耐磨球形钛基复合粉末中陶瓷增强相的体积分数为a，其中，10vol％≤a≤50vol％)；混合物中钛基材料和陶瓷粉末的质量比则根据对制得的的高硬度耐磨球形钛基复合粉末中增强相含量进行调整。
本发明首先通过高能球磨使钛基材料和陶瓷粉末充分混合，得到混合粉末，然后在真空条件下对混合粉末进行真空热压烧结处理后，获得了陶瓷增强相均匀分布在钛基材料中的钛基复合材料块体，最后采用旋转电极制粉技术使钛基复合材料块体局部受热熔化旋出细小熔融液滴，该细小熔融液滴冷却凝固得到陶瓷增强相分布均匀的高硬度耐磨球形钛基复合粉末；该高硬度耐磨球形钛基复合粉末中陶瓷增强相体积分数高且分布均匀，粒径分布范围窄、球形度高、流动性好，硬度高，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层的硬度高(硬度≥HRC42)、耐磨性能优异。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中，所述钛基材料和所述陶瓷粉末在氩气环境中通过球磨混匀后，并在球磨罐中静置6h；
需要说明的是，将钛基材料和所述陶瓷粉末在氩气环境中放入行星式球磨机中，通过球磨混匀后，继续在氩气环境中，于球磨罐中静置6h，以确保混合粉末在冷却之前被空气污染。
所述球磨的球磨转速为300～400r/min(例如，可以是300r/min、310r/min、320r/min、330r/min、340r/min、350r/min、360r/min、370r/min、380r/min、390r/min或400r/min)，球磨时间为5～10h(例如，可以是5h、6h、7h、8h、9h或10h)，球料比为(5～10):1(例如，可以是5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1、9:1、9.5:1或10:1)。
在本发明中，为了保持高含量陶瓷粉末与钛合金粉末原料混合均匀，需要选用高能球磨工艺，选用的行星式球磨工艺参数范围为：球料比(5～10):1，球磨转速(300/min～400r/min)，球磨时长(5h～10h)，球磨罐和磨球材质均为硬质合金钢；此外，为了防止球磨过程中钛合金粉末发生氧化或引入氮元素杂质等情况，球磨需在球磨罐内填充氩气作为惰性保护气氛下进行。
在步骤(1)中，所述混合粉末中所述陶瓷粉末的含量为5～20wt％(例如，可以是5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％)。
本发明将混合粉末中陶瓷粉末的含量控制在5～20wt％，可以保证获得高体积分数(高硬度耐磨球形钛基复合粉末中陶瓷增强相的体积分数为a，其中，10vol％≤a≤50vol％)陶瓷增强相的高硬度耐磨球形钛基复合粉末。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中：所述钛基材料为纯钛粉末、TC4钛合金粉末、TA15钛合金粉末中的一种；优选的是，所述钛合金粉末的粒径为10～53μm(例如，可以是10～30μm、30～53μm)。
根据一些优选的实施方式，所述陶瓷粉末为TiB2粉末、石墨粉末中的至少一种。
根据一些优选的实施方式，所述陶瓷粉末的粒径为0.5～8μm(例如，可以是0.5～3μm、3～5μm、5～8μm)。
需要说明的是，钛合金粉末、TiB2粉末、石墨粉末购买得到的就不是单一粒径的颗粒，而是粒径范围内不同粒径的颗粒混合而成。
本发明陶瓷粉末的粒径控制在上述范围，不易发生团聚，分散性好，进而可以保证钛合金粉末和陶瓷粉末更充分混匀；发明人发现，制备高体积分数陶瓷增强相的高硬度耐磨球形钛基复合粉末时，陶瓷粉末的粒径在上述范围制备的高硬度耐磨球形钛基复合粉末中陶瓷增强相分布更均匀，制备得到的高硬度耐磨球形钛基复合粉末的性能更稳定。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，将所述混合粉末进行真空热压烧结处理，后随炉冷却，得到包含陶瓷增强相的所述钛基复合材料；本发明制备的钛基复合材料为包含高陶瓷增强相的钛基复合材料，其中陶瓷增强相的体积分数为a，10vol％≤a≤50vol％。
所述陶瓷增强相为TiB、TiC中的至少一种。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中，所述真空热压烧结处理的温度为1200～1400℃(例如，可以是1200℃、1250℃、1300℃、1350℃或1400℃)，压力为20～40MPa(例如，可以是20MPa、21MPa、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa、30MPa、31MPa、32MPa、33MPa、34MPa、35MPa、36MPa、37MPa、38MPa、39MPa或400MPa)，时间为1.5～3h(例如，可以是1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h或3h)，真空度＞1×10-2Pa。
本发明中，通过将混合粉末置于温度为1200～1400℃，压力为20～40MPa，真空度＞1×10-2Pa的环境下，进行真空热压烧结处理1.5～3h，制得包含陶瓷增强相的钛基复合材料；发明人发现，温度和压力低于上上范围，制备的钛基复合材料易产生孔，致密度差，强度低，不能采用旋转电极制粉技术将块体材料加工成高硬度耐磨球形钛基复合粉末；真空度低于上述范围，真空热压烧结处理过程中钛基材料易发生氧化或引入氮元素杂质；同时在真空反应热压烧结的过程中，陶瓷粉末与钛基材料中的钛元素发生原位反应，得到稳定的TiB和TIC陶瓷增强相。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，将所述钛基复合材料表面车光并加工工装螺纹后，安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹上，设置旋转电极制粉设备的电流、旋转装卡夹的转速、所述钛基复合材料的进给速度，在氩气氛围中，进行所述旋转制粉，使所述钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，所述细小熔融液滴冷却凝固得到所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末。
优选的是，所述旋转电极制粉设备的电流为600～1000A(例如，可以是600A、700A、800A、900A或1000A)，旋转装卡夹的转速为10000～30000r/min(例如，可以是10000r/min、12000r/min、14000r/min、16000r/min、18000r/min、20000r/min、22000r/min、24000r/min、26000r/min、28000r/min或30000r/min)，所述钛基复合材料的进给速度为1～3mm/s(例如，可以是1mm/s、1.1mm/s、1.2mm/s、1.3mm/s、1.4mm/s、1.5mm/s、1.6mm/s、1.7mm/s、1.8mm/s、1.9mm/s、2mm/s、2.1mm/s、2.2mm/s、2.3mm/s、2.4mm/s、2.5mm/s、2.6mm/s、2.7mm/s、2.8mm/s、2.9mm/s或3mm/s)。
需要说明的是，本发明通过调节旋转电极制粉设备的电流来实现钛基复合材料局部受热熔化，旋出细小熔融液滴，细小熔融液滴在氩气氛围内冷却凝固得到高硬度耐磨球形钛基复合粉末；根据不同钛基复合材料选择上述范围内的不同电流。
在本发明中，在旋转制粉之前需对钛基复合材料的表面进行车光处理，以去除其表面的污染物并使其表面光滑，以便得到高质量的高硬度耐磨球形钛基复合粉末；本发明考虑到钛基复合材料的强度和熔点，为了避免钛基复合材料在高速旋转过程中断裂，并确保钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，依靠表面张力团为球形，最后冷却凝固成高硬度耐磨球形钛基复合粉末，将旋转装夹的转速、钛基复合材料的进给速度和旋转电极制粉设备的电流控制在上述范围。
本发明在第二方面提供了一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末由上述第一方面中任一所述的制备方法制备得到。
根据一些优选的实施方式，所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末中陶瓷增强相的体积分数为a，10vol％≤a≤50vol％(例如，可以是10vol％、15vol％、20vol％、25vol％、30vol％、35vol％、40vol％、45vol％或50vol％)；
根据一些优选的实施方式，所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度≥HRC42；本发明制备的高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度可达HRC62。
需要说明的是，本发明高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层，激光熔覆过程中的具体参数均为本领域内常用参数，熔覆层的硬度采用洛氏硬度计测量。
根据一些优选的实施方式，所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末的粒径为100～200目(例如，可以是100～150目、150～200目)。
需要说明的是，本发明制备的高硬度耐磨球形钛基复合粉末不是单一粒径的颗粒，而是粒径范围内不同粒径的颗粒混合而成。
本发明提供的高硬度耐磨球形钛基复合粉末中陶瓷增强相体积分数高且分布均匀，粒径分布范围窄、球形度高、流动性好，硬度高，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层的硬度高(硬度≥HRC42)、耐磨性能优异。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末及其制备方法进行详细说明。
需要说明的是，本发明实施例采用的原料钛合金粉末、TiB2粉末、石墨粉末和最终得到的高硬度耐磨球形钛基复合粉末，本身就是很难达到均一粒径的，因此本发明实施例给的是一个范围，在该范围就能实现本发明的技术方案；本发明高硬度耐磨球形钛基复合粉末通过激光熔覆制备成熔覆层，激光熔覆过程中的具体参数均为本领域内常用参数，熔覆层的硬度采用洛氏硬度计测量。
实施例1
制备陶瓷增强相体积分数为10vol％(5vol％TiB+5vol％TiC)的高硬度耐磨球形 钛基复合粉末
将TA15钛合金粉末(10～53μm)、TiB2粉末(0.5～8μm)和石墨粉末(0.5～8μm)在氩气环境下进行球磨处理5h，并于球磨罐中静置6h，得到混合粉末；其中，TA15钛合金粉末的质量分数为96wt％，TiB2的质量分数为3wt％，石墨粉末的质量分数为1wt％，球磨处理的转速为300r/min，球料比为5:1；
将混合粉末在1300℃、24MPa和真空度为1×10-2Pa的环境下进行真空反应热压烧结处理2h，得到钛基复合材料；
对钛基复合材料进行车光处理，将钛基复合材料安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹具上，在氩气氛围中，设置旋转电极制粉设备的电流为700A、旋转装夹的转速为30000r/min、钛基复合材料的进给速度为2mm/s，进行旋转制粉，使钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，细小熔融液滴冷却凝固得到陶瓷增强相体积分数为10vol％(5vol％TiB+5vol％TiC)的高硬度耐磨球形钛基复合粉末，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末的(粒径为100～200目的占比约为80％)，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度为HRC42-44。
实施例2
制备陶瓷增强相体积分数为20vol％(10vol％TiB+10vol％TiC)的高硬度耐磨球 形钛基复合粉末
将TA15钛合金粉末(粒径为10～53μm)、TiB2粉末(0.5～8μm)和石墨粉末(0.5～8μm)在氩气环境下进行球磨处理7h，并于球磨罐中静置6h，得到混合粉末；其中，TA15钛合金粉末的质量分数为92wt％，TiB2的质量分数为6wt％，石墨粉末的质量分数为2wt％，球磨处理的转速为350r/min，球料比为6:1；
将混合粉末在1300℃、30MPa和真空度为1×10-2Pa的环境下进行真空反应热压烧结处理2h，得到钛基复合材料；
对钛基复合材料进行车光处理，将钛基复合材料安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹具上，在氩气氛围中，设置旋转电极制粉设备的电流为800A、旋转装夹的转速为25000r/min、钛基复合材料的进给速度为2mm/s，进行旋转制粉，使钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，细小熔融液滴冷却凝固得到陶瓷增强相含量为10vol％TiB+10vol％TiC的高硬度耐磨球形钛基复合粉末，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末(粒径为100～200目的占比约为81％)，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度为HRC48-50。
实施例3
制备陶瓷增强相体积分数为30vol％(15vol％TiB+15vol％TiC)的高硬度耐磨球 形钛基复合粉末
将TA15钛合金粉末(粒径为10～53μm)、TiB2粉末(0.5～8μm)和石墨粉末(0.5～8μm)在氩气环境下进行球磨处理8h，并于球磨罐中静置6h，得到混合粉末；其中，TA15钛合金粉末的质量分数为88wt％，TiB2的质量分数为9wt％，石墨粉末的质量分数为3wt％，球磨处理的转速为400r/min，球料比为8:1；
将混合粉末在1300℃、35MPa和真空度为1×10-2Pa的环境下进行真空反应热压烧结处理2h，得到钛基复合材料；
对钛基复合材料进行车光处理，将钛基复合材料安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹具上，在氩气氛围中，设置旋转电极制粉设备的电流为900A、旋转装夹的转速为20000r/min、钛基复合材料的进给速度为1.5mm/s，进行旋转制粉，使钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，细小熔融液滴冷却凝固得到陶瓷增强相体积分数为30vol％(15vol％TiB+15vol％TiC)的高硬度耐磨球形钛基复合粉末，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末的(粒径为100～200目的占比约为84％)，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度为HRC54-56。
实施例4
制备陶瓷增强相体积分数为50vol％(25vol％TiB+25vol％TiC)的高硬度耐磨球 形钛基复合粉末
将TA15钛合金粉末(粒径为10～53μm)、TiB2粉末(0.5～8μm)和石墨粉末(0.5～8μm)在氩气环境下进行球磨处理10h，并于球磨罐中静置6h，得到混合粉末；其中，TA15钛合金粉末的质量分数为80wt％，TiB2的质量分数为15wt％，石墨粉末的质量分数为5wt％，球磨处理的转速为400r/min，球料比为9:1；
将混合粉末在1350℃、40MPa和真空度为1×10-2Pa的环境下进行真空反应热压烧结处理3h，得到钛基复合材料；
对钛基复合材料进行车光处理，将钛基复合材料安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹具上，在氩气氛围中，设置旋转电极制粉设备的电流为1000A、旋转装夹的转速为15000r/min、钛基复合材料的进给速度为1.5mm/s，进行旋转制粉，使钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，细小熔融液滴冷却凝固得到陶瓷增强相含量为陶瓷增强相体积分数为50vol％(25vol％TiB+25vol％TiC)的高硬度耐磨球形钛基复合粉末，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末(粒径为100～200目的占比约为83％)，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度为HRC60-62。
实施例5
制备陶瓷增强相体积分数为30vol％(30vol％TiB)的高硬度耐磨球形钛基复合粉 末
将TA15钛合金粉末(粒径为10～53μm)、TiB2粉末(0.5～8μm)在氩气环境下进行球磨处理8h，并于球磨罐中静置6h，得到混合粉末；其中，TA15钛合金粉末的质量分数为82wt％，TiB2的质量分数为18wt％，球磨处理的转速为300r/min，球料比为8:1；
将混合粉末在1300℃、35MPa和真空度为1×10-2Pa的环境下进行真空反应热压烧结处理2h，得到钛基复合材料；
对钛基复合材料进行车光处理，将钛基复合材料安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹具上，在氩气氛围中，设置旋转电极制粉设备的电流为900A、旋转装夹的转速为20000r/min、钛基复合材料的进给速度为1.5mm/s，进行旋转制粉，使钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，细小熔融液滴冷却凝固得到陶瓷增强相体积分数为30vol％(30vol％TiB)的高硬度耐磨球形钛基复合粉末，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末的(粒径为100～200目的占比为84％)，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度为HRC50-51。
实施例6
制备陶瓷增强相体积分数为30vol％(30vol％TiC)的高硬度耐磨球形钛基复合粉 末
将TA15钛合金粉末(粒径为10～53μm)、石墨粉末(0.5～8μm)在氩气环境下进行球磨处理8h，并于球磨罐中静置6h，得到混合粉末；其中，TA15钛合金粉末的质量分数为94wt％，石墨粉末的质量分数为6wt％，球磨处理的转速为350r/min，球料比为8:1；
将混合粉末在1300℃、35MPa和真空度为1×10-2Pa的环境下进行真空反应热压烧结处理2h，得到钛基复合材料；
对钛基复合材料进行车光处理，将钛基复合材料安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹具上，在氩气氛围中，设置旋转电极制粉设备的电流为900A、旋转装夹的转速为20000r/min、钛基复合材料的进给速度为1.5mm/s，进行旋转制粉，使钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，细小熔融液滴冷却凝固得到陶瓷增强相体积分数为30vol％(30vol％TiC)的高硬度耐磨球形钛基复合粉末，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末的(粒径为100～200目的占比为83％)，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度为HRC50-52。
对比例1
将TA15钛合金粉末(粒径为10～53μm)、TiB2粉末(0.5～8μm)和石墨粉末(0.5～8μm)在氩气环境下进行球磨处理4h，并于球磨罐中静置6h，得到混合粉末；其中，TA15钛合金粉末的质量分数为88wt％，TiB2的质量分数为9wt％，石墨粉末的质量分数为3wt％，球磨处理的转速为150r/min，球料比为3:1；
将混合粉末在1350℃、35MPa和真空度为1×10-2Pa的环境下进行真空反应热压烧结处理2h，得到钛基复合材料；
对钛基复合材料进行车光处理，将钛基复合材料安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹具上，在氩气氛围中，设置旋转电极制粉设备的电流为900A、旋转装夹的转速为20000r/min、钛基复合材料的进给速度为1.5mm/s，进行旋转制粉，发现钛基复合材料棒材中由于球磨能量低，存在不致密的陶瓷粉末聚集区，该区域强度低，因此在高速旋转过程中易从不致密的陶瓷粉末聚集区断裂，从而不能持续制备出粉末。此外，在制备出的少量粉末中也存在陶瓷增强相含量不均匀，差异较大的情况，粉末质量不稳定，在陶瓷粉末聚集区甩出的粉末增强相含量高。
对比例2
将TA15钛合金粉末(粒径为10～53μm)、TiB2粉末(0.5～8μm)和石墨粉末(0.5～8μm)在氩气环境下进行球磨处理8h，并于球磨罐中静置6h，得到混合粉末；其中，TA15钛合金粉末的质量分数为88wt％，TiB2的质量分数为9wt％，石墨粉末的质量分数为3wt％，球磨处理的转速为350r/min，球料比为8:1；
将混合粉末在1100℃、10MPa和真空度为0.5×10-2Pa的环境下进行真空反应热压烧结处理1h，得到钛基复合材料；
对钛基复合材料进行车光处理，将钛基复合材料安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹具上，在氩气氛围中，设置旋转电极制粉设备的电流为900A、旋转装夹的转速为20000r/min、钛基复合材料的进给速度为1.5mm/s，进行旋转制粉，发现钛基复合材料棒材由于致密度低，强度低，在高速旋转过程中易断裂，从而不能持续制备出粉末。
图1-2为实施例3制备的制备陶瓷增强相体积分数为30vol％(15vol％TiB+15vol％TiC)的钛基复合粉末呈球形，无球体粘连的卫星粉和空心粉现象，无扁平颗粒，粒度均匀，粉末质量高；同时，根据图3-4可知，该高硬度耐磨球形钛基复合粉末的截面不存在开裂和孔洞缺陷。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将钛基材料和陶瓷粉末在氩气环境中通过球磨混匀后，并在球磨罐中静置6h，得到混合粉末；
所述球磨的球磨转速为300～400r/min，球磨时间为5～10h，球料比为(5～10):1；
(2)将所述混合粉末进行真空热压烧结处理，得到钛基复合材料；所述真空热压烧结处理的温度为1200～1400℃，压力为20～40MPa，时间为1.5～3h，真空度＞1×10-2Pa；
(3)对所述钛基复合材料进行旋转制粉，得到所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末；所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末中陶瓷增强相的体积分数为a，10vol％≤a≤50vol％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：
所述混合粉末中所述陶瓷粉末的含量为5～20wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：
所述钛基材料为纯钛、TC4钛合金粉末、TA15钛合金粉末中的一种；
所述陶瓷粉末为TiB2粉末、石墨粉末中的至少一种；和/或
所述陶瓷粉末的粒径为0.5～8μm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金粉末的粒径为10～53μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：
将所述混合粉末进行真空热压烧结处理，后随炉冷却，得到包含陶瓷增强相的所述钛基复合材料；
所述陶瓷增强相为TiB、TiC中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：
将所述钛基复合材料表面车光并加工工装螺纹后，安装在旋转电极制粉设备的旋转装卡夹上，设置旋转电极制粉设备的电流、旋转装卡夹的转速、所述钛基复合材料的进给速度，在氩气氛围中，进行所述旋转制粉，使钛基复合材料局部受热熔化旋出细小熔融液滴，所述细小熔融液滴冷却凝固得到所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述旋转电极制粉设备的电流为600～1000A，旋转装卡夹的转速为10000～30000r/min，所述钛基复合材料的进给速度为1～3mm/s。
8.一种高硬度耐磨球形钛基复合粉末，其特征在于，根据权利要求1-7中任一所述的制备方法制备得到。
9.根据权利要求8所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末，其特征在于：
所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末形成熔覆层的硬度≥HRC42。
10.根据权利要求8所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末，其特征在于：
所述高硬度耐磨球形钛基复合粉末的粒径为100～200目。
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