CN116987922B - 一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料技术领域，具体公开了一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，包括球磨原料获取多组钛基复合材料粉末、激光熔化沉积熔覆形成第一复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层、进行表面处理得到第二复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层、测试钛基复合材料下熔覆涂层、分析测试数据获取综合性能指标、综合性能指标排序、优化钛基复合材料粉末组分质量比、优化涂层综合性能指标；采用激光熔化沉积制得复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层，利用测试数据获取涂层的综合性能指标，对制备涂层进行性能分析，优化了生产原料配比。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法。
背景技术
TC4钛合金属于双相合金，钛合金具有耐腐蚀性好、密度低、比强度高、较好的韧性和焊接性等优势，在航空航天、石油化工、船舶、汽车、医药等行业都得到了广泛应用，但是TC4钛合金硬度低、摩擦磨损系数高、对微动磨损和粘着磨损非常敏感，导致了TC4钛合金零部件在服役过程中磨损严重，零部件使用寿命降低，钛合金常用的表面改性手段包括热喷涂、磁控溅射、微弧氧化、电镀等，现如今热喷涂和磁控溅射制得涂层的结合强度很高，但反应过程中仍存在碳化物脱碳产生无定形相现象，使得涂层硬度降低、难以承受冲击载荷与干摩擦，而微弧氧化和电镀的电解液中不溶性纳米颗粒分散性差，导致微弧氧化膜外层不可避免地存在微孔，有些涂层因结合力差容易从涂层内部产生裂纹，激光熔化沉积技术因其能量密度集中、冷却速率快、热影响区小、成分体系灵活等优点而应用前景广阔，该技术是以高能束激光作为能量源，熔化同步输送的粉末原材料，逐层堆叠形成三维实体构件，可以在线实时精准调控能量输入、加热位置、材料体系、界面梯度成分等参量，但是在激光熔化沉积技术中，原位自生反应产物与基体热膨胀系数的差异较大，导致耐磨涂层开裂的发生率增大，涂层的制备没有定量的性能评估参数，无法结合制备涂层性能的测试数据，优化生产原料的配比。为了解决上述问题，现提供一种技术方案。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，采用激光熔化沉积制得复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层，利用测试数据获取涂层的综合性能指标，对制备涂层进行性能分析，优化了生产原料配比。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，制备的复合陶瓷颗粒强钛合金耐磨涂层包括钛合金基板和耐磨涂层，复合陶瓷颗粒强钛合金耐磨涂层的钛基复合材料由复合陶瓷颗粒粉末和TC4粉末以若干种质量分数比制成，复合陶瓷颗粒粉末由WC粉末和TiC粉末组成，制备方法包括如下步骤：
步骤一，将若干种不同质量分数比复合陶瓷颗粒粉末和TC4粉末钛组成的钛基复合材料粉末加入分散剂后放入陶瓷球磨罐进行球磨，获取多组钛基复合材料粉末；
步骤二，将多组钛基复合材料粉末均通过激光熔化沉积熔覆在钛合金基板上，形成多组第一复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层；
步骤三，将步骤二中的多组第一复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层进行表面处理，去除表面氧化皮及缺陷，得到多组第二复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层；
步骤四，测试不同钛基复合材料下的熔覆涂层以及TC4基板的表面显微硬度，获取表面显微硬度测试数据，以涂层截面的中位面为基准截面，获取多组涂层截面距离基准截面0mm以及0.5mm的显微硬度测试数据，磨损测试不同钛基复合材料下的熔覆涂层，获取涂层的摩擦磨损系数测试数据；
步骤五，分析不同钛基复合材料熔覆涂层的表面显微硬度、距基准截面0mm显微硬度、距基准截面0.5mm显微硬度及摩擦磨损系数，获取不同钛基复合材料熔覆涂层的综合性能指标；
步骤六，对不同钛基复合材料熔覆涂层综合性能指标进行排序，选择综合性能指标数值排名第一以及第二的钛基复合材料熔覆涂层，获取这两组钛基复合材料熔覆涂层的WC粉末和TC4粉末钛质量分数比，利用线性插值法再次获取若干种不同质量分数比WC粉末和TC4粉末钛，组成钛基复合材料粉末；
步骤七，重复步骤一至步骤六，直至获得涂层的综合性能指标在设定阈值区间内。
本发明通过激光熔化沉积技术将高功率密度激光束辐照到基材表面，使基材与熔覆层材料迅速熔化凝固，获得与基材完全冶金结合的涂层，相较于现有技术，通过激光熔化沉积技术形成的碳化物结构稳定，能够承受高强冲击载荷，涂层结合力强。
作为本发明进一步的方案，步骤一中的钛基复合材料粉末中TiC粉末的质量分数为5wt%，WC粉末的质量分数为5wt%～30wt%，TC4粉末的质量分数为65wt%～90wt%，且满足WC粉末的质量分数与TC4粉末的质量分数总和为95wt%。
作为本发明进一步的方案，TC4粉末的纯度为99.9%，粒度为53～150um；WC粉末的纯度为99.9%，粒度为45～105um；TiC粉末的纯度为99.9%，粒度为15～53um。
作为本发明进一步的方案，在步骤一中，分散剂为纯度≥99.7%的无水乙醇，每100g的粉体中加入100g的分散剂。
优选的TiC粉末在液态熔池中会结合大部分Ti元素，增强WC粉末熔化、溶解的速率，而TiC粉末在液态熔池产生的C元素会重新生成TiC，为W元素的固溶提供了空间；优选的WC粉末和TC4粉末粒度相同能让激光熔化沉积中粉末流动性更好，在TC4基板上更容易形成大量的液态熔池，TiC粉末粒度小一方面是提高更细小均匀的TiC空间，一方面促进WC粉末熔化、溶解速率；优选的无水乙醇在球磨罐中无水乙醇界面超过粉末，会渗透进粉末界面超过粉末，在真空高温干燥机箱干燥过程中直接挥发且不会对混合粉体有影响。
作为本发明进一步的方案，在步骤一中，陶瓷球磨罐进行球磨使用的陶瓷磨球为球形95%氧化锆磨球（93%ZrO2/5%Y2O3/2%其他），陶瓷球磨机具体工艺及参数为：球料质量比为1:2，转速为400rpm，球磨12h后经过真空高温干燥机箱在120℃下烘干4h制得混合粉体。
优选的陶瓷磨球在球磨过程中不会对粉末进行污染，球形陶瓷磨球在真空高温干燥机箱干燥后便于直接取出，球形陶瓷磨球直径没有特殊的限制，能够根据实际要求选择不同直径，球形陶瓷磨球直径越小，球磨后粉末更细小均匀，该优选的球料质量比，在球磨过程中能更好的对粉末进行碰撞研磨，该优选的转速能够使球料充分接触、球磨均匀，该优选的真空高温干燥机箱参数能够使粉末脱氧、干燥便于进行后续激光熔化沉积操作，减少复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的工艺气孔。
作为本发明进一步的方案，在步骤二中，激光熔覆沉积的工艺参数为：激光功率为2000W，扫描速率为8mm/s，送粉速率为4.5g/min，离焦量为-1mm，搭接率为50%，载气流量3.3L/min，保护气压强0.03MPa，激光扫描方式为蛇形往复扫描，光斑直径为4mm，氧气含量控制在50ppm以下。
作为本发明进一步的方案，离焦量为加工表面与激光束焦点之间距离，负离焦量为激光束焦点在加工表面之下；熔覆涂层是指通过熔化覆盖在基体材料表面并与之形成冶金结合的表面涂层。本方案能够使粉末完全熔化形成液态熔池，更好地形成陶瓷相，选取的负离焦量能够更好地增强耐磨涂层与TC4基板之间的结合力，蛇形往复扫描保证了成形质量。
作为本发明进一步的方案，在步骤五中，综合性能指标为涂层表面显微硬度与TC4基板表面显微硬度的差值，加上距截面0mm显微硬度均值与距截面0mm显微硬度差异值的比值，再加上距截面0.5mm显微硬度的均值与距截面0.5mm显微硬度差异值的比值，乘以1～30mim磨损系数平均值，综合性能指标的公式为：
F=[H1-H2+H0/(H0,max-H0,min)+H0.5/(H0.5,max-H0.5,min)]×b
式中：F为综合性能指标，H1为涂层表面显微硬度，H2为TC4基板表面显微硬度，H0为涂层距截面0mm显微硬度均值，H0,max-H0,min为距截面0mm显微硬度差异值，其中H0,max为多组测试数据中涂层距截面0mm显微硬度最大值，H0,min为多组测试数据中涂层距截面0mm显微硬度最小值，H0.5为涂层距截面0.5mm显微硬度均值，H0.5,max为多组测试数据中涂层距截面0.5mm显微硬度最大值，H0.5,min为多组测试数据中涂层距截面0.5mm显微硬度最小值，b为涂层磨损测试1～30mim磨损系数平均值。
作为本发明进一步的方案，在步骤六中，利用线性插值法再次获取若干种不同质量分数比WC粉末和TC4粉末钛，组成钛基复合材料粉末的具体过程包括：
步骤S1，获取综合性能指标数值排名第一以及第二的钛基复合材料熔覆涂层的WC粉末和TC4粉末钛质量分数比，综合性能指标数值排名第一的WC粉末和TC4粉末钛质量分数比分别为A1和95wt%-A1，综合性能指标数值排名第二的复合陶瓷颗粒粉末和TC4粉末钛质量分数比分别为A2和95wt%-A2；
步骤S2，在WC粉末质量分数比A1和A2之间进行线性插值，将A1和A2之间等分成n段，其中n为大于2的整数，获取每段节点对应的WC粉末质量分数比，分别A1,A1,1,A1,2,…,A1,n-1,A2；
步骤S3，获取每段节点WC粉末质量分数比A1,A1,1,A1,2,…,A1,n-1,A2；分别对应的TC4粉末钛质量分数比，分别为95wt%-A1,95wt%-A1,1,95wt%-A1,2,…,95wt%-A1,n-1,95wt%-A2；
步骤S4，利用获取的n-1不同质量分数比WC粉末和TC4粉末钛，组成钛基复合材料粉末。
本发明一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法的技术效果和优点：
1、本发明采用激光熔化沉积制得复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层，获得与基材完全冶金结合的涂层，原位自生的陶瓷相更为洁净与基体相的相容性更好，具有均匀的微观组织、稳定的力学性能和良好耐磨性能；
2、本发明利用测试数据获取涂层的综合性能指标，对制备涂层进行性能分析，优化了生产原料配比。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程图；
图2为本发明样品1-6的耐磨涂层表面显微硬度；
图3为本发明样品1-6的摩擦磨损系数曲线（a-f分别为样品1-6）；
具体实施方式
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。
实施例1。本发明一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，通过采用WC粉末在激光熔化沉积中形成的熔池中熔化、溶解形成W元素和C元素与Ti元素的结合，原位自生反应产生的TiC和（Ti,W)C与基体相的相容性更好，而本发明中陶瓷颗粒与基体热膨胀系数接近，通过在钛基复合材料中添加原位自生相TiC可以促进（Ti,W)C的形成，极大地减少了耐磨涂层开裂的概率，采用激光熔化沉积制得复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层，获得与基材完全冶金结合的涂层，原位自生的陶瓷相更为洁净与基体相的相容性更好，具有均匀的微观组织、稳定的力学性能和良好耐磨性能；利用测试数据获取涂层的综合性能指标，对制备涂层进行性能分析，优化了生产原料配比。
如图1所示，给出了本发明涉及的一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法的流程图，激光熔覆沉积增材制造试验基板为TC4钛合金，基板的尺寸为120mm×50mm×15mm，耐磨涂层粉末选取钛基复合材料。实验采用的激光熔化沉积系统六轴机器人KR60-HA，YSL-10000-KC激光器（最大输出功率为10KW），RC/PGF/D型双桶送粉器，密封舱以及送气保护式光内送粉喷头组成。在进行实验之前对钛合金进行预处理，采用600目的金相砂纸打磨钛合金基板，将钛合金基板上的氧化膜去除，直到露出金属光泽，之后用75%无水乙醇试剂擦掉基板表面的油污和赃物，最后吹干待用，氧化膜清除后，应在2h内进行试验，以免再生成新的氧化膜。
激光熔化沉积具体工艺及参数为：激光功率2000W、扫描速率8mm/s、送粉速率4.5g/min、离焦量-1mm、搭接率为50%、载气流量3.3L/min、保护气压强0.03MPa、扫描方式为蛇形往复扫描、光斑直径4mm、氧气含量控制在50ppm以下。耐磨涂层直到2mm后进行冷却，再表面处理以去除表面氧化皮及缺陷，得到复合陶瓷颗粒增强TC4耐磨涂层。
XRD：X射线衍射物相分析在X'Pert PRO MPD衍射仪上进行，设备技术规格：使用Cu作为辐射源，操作电压40kV、电流40mA，扫描速率2°/min，选择衍射角范围为2θ∈[20°,90°]，其中θ为衍射角的一半。
形貌分析：采用扫描金相显微镜（OA)、电子显微镜（SEM）及背散射衍射探头（EBSD）对耐磨涂层表面和截面的晶粒形貌、晶相进行表面观测观察、分析。
硬度测试：采用FM-310型显微硬度仪，设备技术规格：载荷设置为200gf，保压时间设置为15s。对熔覆涂层表面随机测试10个点，并去除最大值和最小值去平均值，对熔覆涂层截面随机测试5条线，并去除最大值和最小值波动最大的线。
摩擦磨损性能测试：摩擦副采用的是球形GCr15钢，摩擦方式为往复滑动干摩擦，摩擦副1分钟往复300次，负载载荷为10N，对磨时间为30min，往复距离为5mm/次，振动频率为10Hz，摩擦温度为室温（25℃)。
表1中样品1-6所示组成的钛基复合材料由以下步骤制备而得：
（一）原材料的准备
TiC粉末的质量分数为5%，WC粉末的质量分数（5wt%～30wt%）和TC4粉末的质量分数（65wt%～90wt%）总和为95wt%。TC4粉末粒度为53～150um，WC粉末粒度为45～105um，TiC粉末的粒度为15～53um。
（二）湿磨球磨
耐磨涂层粉末每100g的中加入100g的无水乙醇（纯度≥99.7%）后放入球磨罐中，陶瓷球磨罐进行球磨使用的陶瓷磨球为球形95%氧化锆磨球（93%ZrO2/5%Y2O3/2%其他）。球磨机具体工艺及参数为球料质量比为1:2，转速为400rpm球磨12h。
（三）钛基复合材料粉末
球磨结束后经过真空高温干燥机在120℃下烘干4h制得钛基复合材料粉末。
表1中的样品1-6为不同陶瓷颗粒质量分数比的钛基复合材料。在样品1-6中：WC(45～105μm)的质量分数比分别为：5%、10%、15%、20%、25%、30%；WC(45～105μm)的质量分数比分别为：90%、85%、80%、75%、70%、65%；TiC(15～53μm)的质量分数均比为5%。
表1不同陶瓷颗粒质量分数比的钛基复合材料
| 序号 | WC(45～105μm) | TC4(53～150μm) | TiC(15～53μm) |
| 样品1 | 5% | 90% | 5% |
| 样品2 | 10% | 85% | 5% |
| 样品3 | 15% | 80% | 5% |
| 样品4 | 20% | 75% | 5% |
| 样品5 | 25% | 70% | 5% |
| 样品6 | 30% | 65% | 5% |
按照硬度测试方式，分析不同陶瓷颗粒质量分数比钛基复合材料下熔覆涂层表面的显微硬度，其中，熔覆涂层是指通过熔化覆盖在基体材料表面并与之形成冶金结合的表面涂层，表2中所示为样品1-6的耐磨涂层表面显微硬度。
表2不同钛基复合材料下耐磨涂层表面显微硬度（HV0.2)
| 显微硬度 | 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | 样品5 | 样品6 |
| H | 526.86 | 558.98 | 469.05 | 413.10 | 457.04 | 473.39 |
表2中的样品1-6的耐磨涂层表面显微硬度分别为：526.86、558.98、469.05、413.10、457.04、473.39；其中，TC4基板的表面显微硬度为323.81HV0.2，耐磨陶瓷表面熔覆涂层表面显微硬度，最小值出现在样品4时为413.10HV0.2，较TC4基板（323.81HV0.2）提升27.6%；最大值出现在样品2时为558.98HV0.2，较TC4基板提升72.6%。误差在样品4时波动最大为43.27HV0.2，在样品6时波动最小为17.32HV0.2。
进一步分析不同陶瓷颗粒质量分数比钛基复合材料下熔覆涂层的显微硬度，选取截面距离表面0/0.5mm的显微硬度如表3所示。表3中所示为1-6为耐磨涂层截面距离表面0/0.5mm的显微硬度。
表3不同钛基复合材料下耐磨涂层截面距离表面0/0.5mm的显微硬度（HV0.2)
| 序号 | 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | 样品5 | 样品6 |
| 0mm#1 | 522.96 | 780.68 | 443.76 | 384.08 | 415.23 | 535.98 |
| 0mm#2 | 628.77 | 653.95 | 508.56 | 413.87 | 460.19 | 442.76 |
| 0mm#3 | 519.14 | 588.66 | 492.40 | 458.61 | 374.6 | 510.4 |
| 0mm#average | 556.96 | 674.43 | 481.57 | 418.85 | 416.67 | 496.38 |
| 0mm#max-min | 109.63 | 192.02 | 64.8 | 74.53 | 85.59 | 93.22 |
| 0.5mm#1 | 575.15 | 617.14 | 627.92 | 521.05 | 435.38 | 444.25 |
| 0.5mm#2 | 508.56 | 639.01 | 584.11 | 401.98 | 392.25 | 496.51 |
| 0.5mm#3 | 420.71 | 623.74 | 547.43 | 384.07 | 361.03 | 443.76 |
| 0.5mm#average | 501.47 | 626.63 | 586.49 | 435.70 | 396.22 | 461.51 |
| 0.5mm#max-min | 154.44 | 21.87 | 80.49 | 136.98 | 74.35 | 52.75 |
表3中的样品1-6为耐磨涂层截面距离表面0/0.5mm的显微硬度，在样品1-6中：0mm#1的显微硬度分别为：522.96、780.68、443.76、384.08、415.23、535.98；0mm#2的显微硬度分别为：628.77、653.95、508.56、413.87、460.19、442.76；0mm#3的显微硬度分别为519.14、588.66、492.40、458.61、374.6、510.4；0mm#average的显微硬度分别为：556.96、674.43、481.57、418.85、416.67、496.38；0mm#max-min的显微硬度分别为：109.63、192.02、64.8、74.53、85.59、93.22；0.5mm#1的显微硬度分别为：575.15、617.14、627.92、521.05、435.38、444.25；0.5mm#2的显微硬度分别为：508.56、639.01、584.11、401.98、392.25、496.51；0.5mm#3的显微硬度分别为：420.71、623.74、547.43、384.07、361.03、443.76；0.5mm#average的显微硬度分别为：501.47、626.63、586.49、435.70、396.22、461.51；0.5mm#max-min的显微硬度分别为：154.44、21.87、80.49、136.98、74.35、52.75。其中显微硬度值波动值，在样品3时最小为64.8HV0.2；在样品2时最大为192.02HV0.2；熔覆涂层截面距离表面0.5mm处显微硬度波动值，在样品2时最小为21.87HV0.2；在样品1时最大为154.44HV0.2。
如图3不同钛基复合材料下耐磨涂层下熔覆涂层表面的摩擦磨损系数曲线所示，摩擦磨损开始阶段时磨合反应剧烈、磨损系数快速上升，经过1min左右磨损反应趋于稳定，取1～30min摩擦磨损系数平均值如表Ⅳ所示。表4中所示为样品1-6的耐磨涂层摩擦磨损系数；表4中的样品1-6的耐磨涂层摩擦磨损系数分别为：0.6873、0.6423、0.7882、0.8788、0.5121、0.6446。
表4不同钛基复合材料下耐磨涂层摩擦磨损系数
| 摩擦磨损系数 | 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | 样品5 | 样品6 |
| μ | 0.6873 | 0.6423 | 0.7882 | 0.8788 | 0.5121 | 0.6446 |
利用表I至表4的数据，分析不同钛基复合材料熔覆涂层的表面显微硬度、距基准截面0mm显微硬度、距基准截面0.5mm显微硬度及摩擦磨损系数，获取不同钛基复合材料熔覆涂层的综合性能指标。
综合性能指标的获取机制为：综合性能指标为涂层表面显微硬度与TC4基板表面显微硬度的差值，加上距截面0mm显微硬度均值与距截面0mm显微硬度差异值的比值，再加上距截面0.5mm显微硬度的均值与距截面0.5mm显微硬度差异值的比值，乘以1～30mim磨损系数平均值，综合性能指标的公式为：
F=[H1-H2+H0/(H0,max-H0,min)+H0.5/(H0.5,max-H0.5,min)]×b
式中：F为综合性能指标，H1为涂层表面显微硬度，H2为TC4基板表面显微硬度，H0为涂层距截面0mm显微硬度均值，H0,max-H0,min为距截面0mm显微硬度差异值，其中H0,max为多组测试数据中涂层距截面0mm显微硬度最大值，H0,min为多组测试数据中涂层距截面0mm显微硬度最小值，H0.5为涂层距截面0.5mm显微硬度均值，H0.5,max为多组测试数据中涂层距截面0.5mm显微硬度最大值，H0.5,min为多组测试数据中涂层距截面0.5mm显微硬度最小值，b为涂层磨损测试1～30mim磨损系数平均值。
再对不同钛基复合材料熔覆涂层综合性能指标进行排序，选择综合性能指标数值排名第一以及第二的钛基复合材料熔覆涂层，获取这两组钛基复合材料熔覆涂层的WC粉末和TC4粉末钛质量分数比，利用线性插值法再次获取若干种不同质量分数比WC粉末和TC4粉末钛，组成钛基复合材料粉末。
利用重新组合的钛基复合材料投入涂层制备方法中，直至获得涂层的综合性能指标在设定阈值区间内，利用测试数据获取涂层的综合性能指标，对制备涂层进行性能分析，优化了生产原料配比。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述方法制备的复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层包括钛合金基板和耐磨涂层，复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的钛基复合材料由复合陶瓷颗粒粉末和TC4粉末制成，复合陶瓷颗粒粉末由WC粉末和TiC粉末组成，制备方法包括如下步骤：
步骤一，将若干种不同质量分数比复合陶瓷颗粒粉末和TC4粉末钛组成的钛基复合材料粉末加入分散剂后放入陶瓷球磨罐进行球磨，获取多组钛基复合材料粉末；
步骤二，将多组钛基复合材料粉末均通过激光熔化沉积熔覆在钛合金基板上，形成多组第一复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层；
步骤三，将多组第一复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层进行表面处理，去除表面氧化皮及缺陷，得到多组第二复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层；
步骤四，测试不同钛基复合材料下的熔覆涂层以及TC4基板的表面显微硬度，获取表面显微硬度测试数据，以涂层截面的中位面为基准截面，获取多组涂层截面距离基准截面0mm以及0.5mm的显微硬度测试数据，磨损测试不同钛基复合材料下的熔覆涂层，获取涂层的摩擦磨损系数测试数据；
步骤五，分析不同钛基复合材料熔覆涂层的表面显微硬度、距基准截面0mm显微硬度、距基准截面0.5mm显微硬度及摩擦磨损系数，获取不同钛基复合材料熔覆涂层的综合性能指标；综合性能指标为涂层表面显微硬度与TC4基板表面显微硬度的差值，加上距截面0mm显微硬度均值与距截面0mm显微硬度差异值的比值，再加上距截面0.5mm显微硬度的均值与距截面0.5mm显微硬度差异值的比值，乘以1～30min磨损系数平均值，综合性能指标的公式为：
F=[H1-H2+H0/(H0,max-H0,min)+H0.5/(H0.5,max-H0.5,min)]×b；
式中：F为综合性能指标，H1为涂层表面显微硬度，H2为TC4基板表面显微硬度，H0为涂层距截面0mm显微硬度均值，H0,max-H0,min为距截面0mm显微硬度差异值，其中H0,max为多组测试数据中涂层距截面0mm显微硬度最大值，H0,min为多组测试数据中涂层距截面0mm显微硬度最小值，H0.5为涂层距截面0.5mm显微硬度均值，H0.5,max为多组测试数据中涂层距截面0.5mm显微硬度最大值，H0.5,min为多组测试数据中涂层距截面0.5mm显微硬度最小值，b为涂层磨损测试1～30min磨损系数平均值；
步骤六，对不同钛基复合材料熔覆涂层综合性能指标进行排序，选择综合性能指标数值排名第一以及第二的钛基复合材料熔覆涂层，获取这两组钛基复合材料熔覆涂层的WC粉末和TC4粉末钛质量分数比，利用线性插值法再次获取若干种不同质量分数比WC粉末和TC4粉末钛，组成钛基复合材料粉末；
步骤七，重复步骤一至步骤六，直至获得涂层的综合性能指标在设定阈值区间内。
2.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中的钛基复合材料粉末中TiC粉末的质量分数为5wt%，WC粉末的质量分数为5wt%～30wt%，TC4粉末的质量分数为65wt%～90wt%，且满足WC粉末的质量分数与TC4粉末的质量分数总和为95wt%。
3.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，TC4粉末的纯度为99.9%，粒度为53～150微米；WC粉末的纯度为99.9%，粒度为45～105微米；TiC粉末的纯度为99.9%，粒度为15～53微米。
4.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，在步骤一中，分散剂为纯度≥99.7%的无水乙醇，每100g的粉体中加入100g的分散剂。
5.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，在步骤一中，陶瓷球磨罐进行球磨使用的陶瓷磨球为球形95%氧化锆磨球，陶瓷球磨机具体工艺及参数为：球料质量比为1:2，转速为400rpm，球磨12h后经过真空高温干燥机箱在120℃下烘干4h制得混合粉体。
6.根据权利要求1所述的一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，在步骤二中，激光熔覆沉积的工艺参数为：激光功率为2000W，扫描速率为8mm/s，送粉速率为4.5g/min，离焦量为-1mm，搭接率为50%，载气流量3.3L/min，保护气压强0.03MPa，激光扫描方式为蛇形往复扫描，光斑直径为4mm，氧气含量控制在50ppm以下。
7.根据权利要求6所述的一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，离焦量为加工表面与激光束焦点之间距离，负离焦量为激光束焦点在加工表面之下。
8.根据权利要求2所述的一种复合陶瓷颗粒增强钛合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于，在步骤六中，利用线性插值法再次获取若干种不同质量分数比WC粉末和TC4粉末钛，组成钛基复合材料粉末的具体过程包括：
步骤S1，获取综合性能指标数值排名第一以及第二的钛基复合材料熔覆涂层的WC粉末和TC4粉末钛质量分数比，综合性能指标数值排名第一的WC粉末和TC4粉末钛质量分数比分别为A1和95wt%-A1，综合性能指标数值排名第二的复合陶瓷颗粒粉末和TC4粉末钛质量分数比分别为A2和95wt%-A2；
步骤S2，在WC粉末质量分数比A1和A2之间进行线性插值，将A1和A2之间等分成n段，其中n为大于2的整数，获取每段节点对应的WC粉末质量分数比，分别A1,A1,1,A1,2,…,A1,n-1,A2；
步骤S3，获取每段节点WC粉末质量分数比A1,A1,1,A1,2,…,A1,n-1,A2；分别对应的TC4粉末钛质量分数比，分别为95wt%-A1,95wt%-A1,1,95wt%-A1,2,…,95wt%-A1,n-1,95wt%-A2；
步骤S3，利用获取的n-1不同质量分数比WC粉末和TC4粉末钛，组成钛基复合材料粉末。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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