權利要求
1.鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
1）鈦合金材料預處理：采用砂紙對鈦合金基體材料表面進行研磨，去除污垢及氧化膜的同時，使表面產(chǎn)生單一方向的劃痕或多方向的劃痕，形成粗化表面，表面粗糙度Ra為0.1~1.5μm；
2）混合粉末：將納米尺度的金剛石粉末和含Ti的金屬或合金粉末按照1:3~1:20的體積百分比進行混合，制成金剛石/金屬或金剛石/合金混合粉末；
3）粉末固定：在鈦合金基體材料的粗化表面刷涂一層有機膠粘劑，將金剛石/金屬或金剛石/合金混合粉末均勻撒落在有機膠粘劑上，利用有機膠粘劑固定混合粉末，然后放入干燥箱中將有機膠粘劑烘干，在鈦合金基體材料表面得到金剛石/金屬或金剛石/合金預粘附層；
4）制備耐磨層：在鈦合金基體材料表面的金剛石/金屬或金剛石/合金預粘附層上方覆蓋石墨紙并壓緊，然后將其整體放入真空加熱設備中，進行高溫加熱處理，利用高溫擴散化學反應，實現(xiàn)鈦合金基體材料、金剛石粉末和Ti的金屬或合金粉末的擴散連接，隨爐冷卻至室溫后取出鈦合金基體材料并去掉石墨紙，初步在鈦合金基體材料表面得到金剛石顆粒增強耐磨涂層；
5）低溫回火：將鈦合金基體材料放入馬弗爐中進行低溫加熱并隨爐冷卻，消除應力的同時通過氧化去除表面殘余石墨紙，最終得到鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層。
2.根據(jù)權利要求1所述的鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，其特征在于：步驟2）中，金剛石粉末的粒徑為100nm~1000nm，含Ti的金屬或合金粉末的粒徑為100nm~1500nm。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，其特征在于：含Ti的金屬或合金粉末為AgCuTi合金或CuSnTi合金或兩種合金中元素的金屬混合粉末，AgCuTi合金或金屬混合粉末中Ti含量為3~7%，AgCu的質量比為72:28且二者共占93~97%；CuSnTi合金或金屬混合粉末中Ti含量為10~15%，Sn含量為10~20%，余量為Cu。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，其特征在于：步驟3）中，干燥箱的烘干溫度為30~200°C、時間為10min~2h。
5.根據(jù)權利要求3所述的鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，其特征在于：步驟4）中，使用真空加熱設備進行高溫加熱處理時，采用AgCuTi合金或金屬混合粉末時，加熱至最高溫度為750~920℃、保溫時間為3~20min；采用CuSnTi合金或金屬混合粉末時，加熱至最高溫度為880~1000℃、保溫時間為5~30min。
6.根據(jù)權利要求5所述的鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，其特征在于：步驟4）中，使用真空加熱設備進行高溫加熱處理時，采用分段加熱方式，具體如下：
采用AgCuTi合金或金屬混合粉末時，分六段加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至400℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至500℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第四段加熱至600℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至720℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至750~920℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間3~20min；
采用CuSnTi合金或金屬混合粉末時，分六段加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至450℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至600℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第四段加熱至750℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至850℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至880~1000℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間5~30min。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，其特征在于：步驟5）中，馬弗爐的加熱溫度為300~800℃、保溫時間為20min~2h，之后隨爐冷卻。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，其特征在于：步驟4）中，真空加熱設備的真空度為1×10-1~1×10-4Pa。
說明書
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料表面改性技術領域，具體為一種鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法。
背景技術
[0002]鈦合金由于具有密度低、比強度高、比剛度高、抗蝕性能優(yōu)越、抗蠕變性能及高溫力學性能良好等優(yōu)點，被廣泛應用于航空航天領域，如航空機身及發(fā)動機零部件等。但是，鈦合金的耐磨性較差，在上述領域進行應用時，工件的使用壽命無法滿足需求。表面改性技術是增加鈦合金表面耐磨性能的有效手段，通常是通過離子注入、熱噴涂、激光熔覆等技術在鈦合金基體表面制備耐磨層。但是，一般離子注入形成的耐磨層太薄，耐久性差，熱噴涂存在表面過熱，形成的硬質涂層導致表面韌性降低，激光熔覆可在鈦合金表明形成高硬陶瓷相，如TiC、WC等，能大幅度提升鈦合金的耐磨性，但是涂層特別容易出現(xiàn)裂紋，且存在處理面積有限，大批量生產(chǎn)難度大的問題。
[0003]金剛石具有極高的硬度和耐磨性，是極佳的耐磨材料，但是作為涂層涂覆在鈦合金表面會由于鈦合金和金剛石之間熱膨脹系數(shù)差異太大，而無法牢固結合。目前有研究人員通過制備過渡層的方式在鈦合金表面制備金剛石涂層，但是界面應力問題仍然無法避免。還有部分研究學者嘗試激光熔覆方法制備金剛石或納米金剛石顆粒增強耐磨涂層或減磨涂層。如中國發(fā)明專利CN200910022748.0 公開了一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，將金剛石粉加入合金粉中，采用激光熔覆技術進行處理形成減摩涂層。上述技術方案采用激光熔覆技術進行處理形成減摩涂層，其實質是利用激光熔覆技術熔池的高溫將金剛石相轉化成石墨相，利用石墨優(yōu)異的潤滑性能來提升涂層的減磨性能。采用該方式時，金剛石會發(fā)生相轉變，自身受到損傷，降低了金剛石在耐磨方面的優(yōu)勢；激光熔覆金剛石及合金粉混合粉末會導致熔覆層裂紋問題，且無法避免。
發(fā)明內容
[0004]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術中存在的問題，而提供一種鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法。該方法制備的涂層和基體之間可實現(xiàn)冶金結合，同時具有良好的耐磨性，制備方法簡單，適合進行工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)：
一種鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
1）鈦合金材料預處理：采用砂紙對鈦合金基體材料表面進行研磨，去除污垢及氧化膜的同時，使表面產(chǎn)生單一方向的劃痕或多方向的劃痕，形成粗化表面，表面粗糙度Ra為0.1~1.5μm；
2）混合粉末：將納米尺度的金剛石粉末和含Ti的金屬或合金粉末按照1:3~1:20的體積百分比進行混合，制成金剛石/金屬或金剛石/合金混合粉末；
3）粉末固定：在鈦合金基體材料粗化表面刷涂一層有機膠粘劑，將金剛石/金屬或金剛石/合金混合粉末均勻撒落在有機膠粘劑上，利用有機膠粘劑固定混合粉末，然后放入干燥箱中將有機膠粘劑烘干，在鈦合金基體材料表面得到金剛石/金屬或金剛石/合金預粘附層；
4）制備耐磨層：在鈦合金基體材料表面的金剛石/金屬或金剛石/合金預粘附層上方覆蓋石墨紙并壓緊，然后將其整體放入真空加熱設備中，進行高溫加熱處理，利用高溫擴散化學反應，實現(xiàn)鈦合金基體材料、金剛石粉末和Ti的金屬或合金粉末的擴散連接，隨爐冷卻至室溫后取出鈦合金基體材料并去掉石墨紙，初步在鈦合金基體材料表面得到金剛石顆粒增強耐磨涂層；
5）低溫回火：將鈦合金基體材料放入馬弗爐中進行低溫加熱并隨爐冷卻，消除應力的同時通過氧化去除表面殘余石墨紙，最終得到鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層。
[0006]作為優(yōu)選的技術方案，步驟2）中，金剛石粉末的粒徑為100nm~1000nm，含Ti的金屬或合金粉末的粒徑為100nm~1500nm。
[0007]作為優(yōu)選的技術方案，含Ti的金屬或合金粉末為AgCuTi合金或CuSnTi合金或兩種合金中元素的金屬混合粉末，AgCuTi合金或金屬混合粉末中Ti含量為3~7%，AgCu的質量比為72:28且二者共占93~97%；CuSnTi合金或金屬混合粉末中Ti含量為10~15%，Sn含量為10~20%，余量為Cu。
[0008]作為優(yōu)選的技術方案，步驟3）中，干燥箱的烘干溫度為30~200°C、時間為10min~2h。
[0009]作為優(yōu)選的技術方案，步驟4）中，使用真空加熱設備進行高溫加熱處理時，采用AgCuTi合金或金屬混合粉末時，加熱至最高溫度為750~920℃、保溫時間為3~20min；采用CuSnTi合金或金屬混合粉末時，加熱至最高溫度為880~1000℃、保溫時間為5~30min。
[0010]作為優(yōu)選的技術方案，步驟4）中，使用真空加熱設備進行高溫加熱處理時，采用分段加熱方式，具體如下：
采用AgCuTi合金或金屬混合粉末時，分六段加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至400℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至500℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第四段加熱至600℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至720℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至750~920℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間3~20min；
采用CuSnTi合金或金屬混合粉末時，分六段加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至450℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至600℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第四段加熱至750℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至850℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至880~1000℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間5~30min。
[0011]作為優(yōu)選的技術方案，步驟5）中，馬弗爐的加熱溫度為300~800℃、保溫時間為20min~2h，之后隨爐冷卻。
[0012]作為優(yōu)選的技術方案，步驟4）中，真空加熱設備的真空度為1×10-1~1×10-4Pa。
[0013]本發(fā)明的原理如下：
本發(fā)明針對鈦合金表面耐磨性不足的問題，提出將金剛石這種耐磨性能優(yōu)異的材料用于鈦合金表面制備耐磨涂層。具體是利用有機膠粘劑將納米金剛石/合金或納米金剛石/金屬混合粉末固定于粗化處理的鈦合金表面，在利用高溫擴散化學反應實現(xiàn)鈦合金基體、金剛石粉末和金屬/合金粉末的擴散連接，形成與基體冶金結合的納米金剛石增強耐磨層。由于采用真空設備，可有效避免金剛石在有氧高溫環(huán)境中產(chǎn)生的石墨化和熱損傷問題，另外本發(fā)明針對鈦合金在高溫下會發(fā)生相變，選擇與金剛石浸潤性良好，且釬焊溫度較低的AgCuTi合金或金屬混合粉末、CuSnTi合金或金屬混合粉末作為耐磨涂層的主體材料，上述材料中不含容易導致金剛石熱損傷的Ni、Fe、Co等元素。采用粗化的表面是為了通過機械鎖合和冶金結合兩方面的作用來實現(xiàn)耐磨層與基體的高強度結合。選擇納米金剛石粉，則是為了在增強耐磨性的同時，避免大顆粒金剛石使的耐磨層表面粗糙度高，增加摩擦系數(shù)，一旦金剛石出現(xiàn)掉粒，會作為超硬耐磨相，對耐磨涂層自身產(chǎn)生較大的磨損破壞。采用有機粘結劑是考慮到有機膠黏劑會在高溫加熱過程中揮發(fā)或殘留物僅有碳元素，該元素還會與基體及耐磨層中的合金元素發(fā)生反應，轉化為碳化物，作為增強相進一步增強耐磨層的耐磨性能。采用含Ti的金屬或合金粉末，是由于一方面Ti元素與金剛石具有良好的親和性，在高溫擴散過程中會與金剛石發(fā)生反應形成碳化鈦，提高對金剛石的把持能力，另一方面基體中含有鈦可增加合金粉末與基體中的親和性。固定金剛石粉和含Ti的金屬/合金粉末后采用石墨紙覆蓋在粉末上方并壓緊，是考慮到金剛石粉和含Ti的金屬/合金粉末與基體之間的潤濕性無法使高溫加熱后形成的熔融體平鋪于基體表面，最終形成一個表面平整的耐磨涂層，利用石墨紙改變熔融體的形狀，確保最終在鈦基體表面形成平整的納米金剛石增強耐磨涂層。采用石墨紙是因為采用金屬壓物會導致于耐磨涂層熔焊到一起，且難以去除，石墨紙則容易去除，且高溫下石墨向耐磨層發(fā)生擴散反應也在一定程度上起到滲碳的效果，增強耐磨層的性能。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
1）本發(fā)明利用真空熔覆的高溫熱擴散化學反應實現(xiàn)鈦合金基體、金剛石粉末和金屬/合金粉末的擴散連接，形成納米金剛石顆粒增強耐磨涂層，可有效避免激光熔覆技術的裂紋問題和金剛石熱損傷問題，大幅度提升了鈦合金的耐磨性能，其耐磨性可提升3~10倍。
[0015]2）本發(fā)明中的金剛石是以包裹在涂層內部以顆粒增強體的形式來改善熔覆涂層的耐磨性能，其中金屬/合金粉末后形成的合金層作為主體起到承受沖擊載荷的作用，金剛石則可以在摩擦過程中起到支撐點和分散受力載荷的作用，韌性合金層和硬質金剛石小顆粒相結合更能提升涂層的耐磨性能。
[0016]3）本發(fā)明中的復合涂層是與鈦合金基體共同置于真空高溫加熱設備制備完成，通過分段式加熱會消除溫度帶來的殘余應力集中的不良影響，也會防止基體與涂層斷崖式的溫度階段帶來的裂紋產(chǎn)生。
[0017]4）本發(fā)明采用低熔點的合金或金屬混合粉末，能避免鈦合金在高溫熱處理過程中發(fā)生相轉變，導致基體性能惡化。
[0018]5）本發(fā)明采用石墨紙修正表面耐磨涂層的平整度，改善金剛石與其他材料潤濕性差，潤濕角較大的問題，同時石墨向耐磨層的擴散還能起到滲碳的作用，進一步提升涂層的耐磨性。
[0019]6）本發(fā)明工藝簡單、重復性好、質量可控，適合工業(yè)化生產(chǎn)，可使鈦合金表面耐磨強化處理，使之應用范圍和性能水平得到有效提升。
附圖說明
[0020]此處的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步說明，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用來解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。
[0021]圖1為本發(fā)明中鈦合金基體材料經(jīng)過砂紙打磨后獲得具有單一方向劃痕或多方向劃痕的粗化表面的剖面示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明中在粗化表面刷涂有機膠粘劑后的剖面示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明中在有機膠粘劑上固定粉末后得到金剛石/金屬或金剛石/合金預粘附層的剖面示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明中最終獲得的鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的剖面示意圖。
[0025]圖中：1-鈦合金基體材料、1-1-粗化表面、2-1-有機膠粘劑、2-2-金剛石粉末、2-3-合金或金屬混合粉末、3-1-納米金剛石顆粒增強耐磨涂層、3-2-冶金結合界面。
具體實施方式
[0026]為了使本領域技術人員更好的理解本發(fā)明，以下結合參考附圖并結合實施例對本發(fā)明作進一步清楚、完整的說明，但不局限于以下實施例。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0027]實施例1
一種鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
1）鈦合金材料預處理：鈦合金基體材料1采用TC4，采用砂紙對TC4表面進行研磨，去除污垢及氧化膜的同時使產(chǎn)生單一方向的劃痕或多方向的劃痕，形成粗化表面1-1，表面粗糙度Ra為1μm，如圖1所示；
2）將顆粒尺寸為500nm的金剛石粉末2-2和顆粒尺寸為600 nm 的 Ag基合金粉末按照體積比1:10進行充分混合均勻，Ag基合金粉末采用AgCuTi合金或金屬混合粉末2-3，其中Ti含量為3%，AgCu的質量比為72:28且二者共占97%，制成金剛石/合金混合粉末；
3）粉末固定：如圖2所示，在TC4的粗化表面1-1刷涂一層有機膠粘劑2-1，將金剛石/合金混合粉末均勻撒落在有機膠粘劑2-1上，利用有機膠粘劑2-1固定金剛石/合金混合粉末，然后放入干燥箱中將有機膠粘劑2-1烘干，干燥溫度為100℃、烘干時間為0.5h，在TC4表面得到金剛石/合金預粘附層，如圖3所示；
4）制備耐磨層：在金剛石/合金預粘附層上方覆蓋石墨紙并壓緊，然后將其整體放入真空加熱設備中，進行高溫加熱處理，利用高溫擴散化學反應，實現(xiàn)TC4、金剛石粉末2-2和AgCuTi合金粉末2-3的擴散連接，形成冶金結合界面3-2，如圖4所示；真空加熱設備參數(shù)為：真空度1×10-4Pa，分六段進行加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至400℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至500℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第四段加熱至600℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至720℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至800℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間10min；隨爐冷卻至室溫后取出TC4并去掉石墨紙，初步在TC4表面得到金剛石顆粒增強耐磨涂層；
5）低溫回火：將TC4放入馬弗爐中加熱到500℃保溫30min，之后隨爐冷卻，消除應力的同時通過氧化去除表面殘余石墨紙，最終得到鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層3-1，如圖4所示。
[0028]本實施例方法制備得到的鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層3-1表面連續(xù)且平整，在進行真空高溫加熱過程中，TC4基體中的金屬元素擴散至涂層中與合金元素和金剛石發(fā)生化學反應，使涂層與TC4基體實現(xiàn)冶金結合提升整體材料耐磨性能，原位合成的多種金屬碳化物也不僅能使涂層穩(wěn)定性能得到改善而且耐磨性能也能得到提升，納米金剛石是以包裹在涂層內部以顆粒增強體的形式來改善熔覆涂層的耐磨性能，可以在摩擦過程中起到支撐點和分散受力載荷的作用，使韌性合金層和硬質相的金屬碳化物結合更能提升涂層的耐磨性能。
[0029]金剛石顆粒均勻分布在Ag基熔覆層中，周圍聚集了大量的原位合成的金屬碳化物避免了金剛石顆粒的應力集中，還避免了金剛石顆粒高溫下的持續(xù)擴散保持了原有的硬度及特性。
[0030]實施例2
一種鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
1）鈦合金材料預處理：鈦合金基體材料1采用TC4，采用砂紙對TC4表面進行研磨，去除污垢及氧化膜的同時使產(chǎn)生單一方向的劃痕或多方向的劃痕，形成粗化表面1-1，表面粗糙度Ra為1.5μm，如圖1所示；
2）將顆粒尺寸為100nm的金剛石粉末2-2和顆粒尺寸為1500nm 的Cu基合金粉末按照體積比1:15進行充分混合均勻，Cu基合金粉末采用CuSnTi合金粉末2-3，其中Ti含量為15%、Sn含量為20%、Cu含量為65%，制成金剛石/合金混合粉末；
3）粉末固定：如圖2所示，在TC4的粗化表面1-1刷涂一層有機膠粘劑2-1，將金剛石/合金混合粉末均勻撒落在有機膠粘劑2-1上，利用有機膠粘劑2-1固定金剛石/合金混合粉末，然后放入干燥箱中將有機膠粘劑2-1烘干，干燥溫度為70℃、烘干時間為1.5h，在TC4表面得到金剛石/合金預粘附層，如圖3所示；
4）制備耐磨層：在金剛石/合金預粘附層上方覆蓋石墨紙并壓緊，然后將其整體放入真空加熱設備中，進行高溫加熱處理，利用高溫擴散化學反應，實現(xiàn)TC4、金剛石粉末2-2和CuSnTi合金粉末2-3的擴散連接，形成冶金結合界面3-2，如圖4所示；真空加熱設備參數(shù)為：真空度1×10-3Pa，分六段加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至450℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至600℃，升溫速率為8℃/min，保溫3min；第四段加熱至750℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至850℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至1000℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間5min；隨爐冷卻至室溫后取出TC4并去掉石墨紙，初步在TC4表面得到金剛石顆粒增強耐磨涂層；
5）低溫回火：將TC4放入馬弗爐中加熱到300℃保溫1.5h，之后隨爐冷卻，消除應力的同時通過氧化去除表面殘余石墨紙，最終得到鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層3-1，如圖4所示。
[0031]實施例3
一種鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
1）鈦合金材料預處理：鈦合金基體材料1采用TC4，采用砂紙對TC4表面進行研磨，去除污垢及氧化膜的同時使產(chǎn)生單一方向的劃痕或多方向的劃痕，形成粗化表面1-1，表面粗糙度Ra為0.5μm，如圖1所示；
2）將顆粒尺寸為1000nm的金剛石粉末2-2和顆粒尺寸為1000 nm 的 Ag基合金粉末按照體積比1:3進行充分混合均勻，Ag基合金粉末采用Ag、Cu、Ti金屬的混合粉末2-3，其中Ti含量為7%，AgCu的質量比為72:28，二者共占93%,制成金剛石/金屬混合粉末；
3）粉末固定：如圖2所示，在TC4的粗化表面1-1刷涂一層有機膠粘劑2-1，將金剛石/金屬混合粉末均勻撒落在有機膠粘劑2-1上，利用有機膠粘劑2-1固定金剛石/金屬混合粉末，然后放入干燥箱中將有機膠粘劑2-1烘干，干燥溫度為30℃、烘干時間為2h，在TC4表面得到金剛石/金屬預粘附層，如圖3所示；
4）制備耐磨層：在金剛石/金屬預粘附層上方覆蓋石墨紙并壓緊，然后將其整體放入真空加熱設備中，進行高溫加熱處理，利用高溫擴散化學反應，實現(xiàn)TC4、金剛石粉末2-2和AgCuTi金屬混合粉末2-3的擴散連接，形成冶金結合界面3-2，如圖4所示；真空加熱設備參數(shù)為：真空度1×10-1Pa，分六段進行加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至400℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至500℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第四段加熱至600℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至720℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至920℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間3min；隨爐冷卻至室溫后取出TC4并去掉石墨紙，初步在TC4表面得到金剛石顆粒增強耐磨涂層；
5）低溫回火：將TC4放入馬弗爐中加熱到700℃保溫1h，之后隨爐冷卻，消除應力的同時通過氧化去除表面殘余石墨紙，最終得到鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層3-1，如圖4所示。
[0032]實施例4
一種鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
1）鈦合金材料預處理：鈦合金基體材料1采用TC4，采用砂紙對TC4表面進行研磨，去除污垢及氧化膜的同時使產(chǎn)生單一方向的劃痕或多方向的劃痕，形成粗化表面1-1，表面粗糙度Ra為0.1μm，如圖1所示；
2）將顆粒尺寸為800nm的金剛石粉末2-2和顆粒尺寸為100nm 的Cu基合金粉末按照體積比1:20進行充分混合均勻，Cu基合金粉末采用CuSnTi金屬混合粉末2-3，其中Ti含量為10%、Sn含量為15%、Cu含量為75%，制成金剛石/金屬混合粉末；
3）粉末固定：如圖2所示，在TC4的粗化表面1-1刷涂一層有機膠粘劑2-1，將金剛石/金屬混合粉末均勻撒落在有機膠粘劑2-1上，利用有機膠粘劑2-1固定金剛石/金屬混合粉末，然后放入干燥箱中將有機膠粘劑2-1烘干，干燥溫度為150℃、烘干時間為1h，在TC4表面得到金剛石/金屬預粘附層，如圖3所示；
4）制備耐磨層：在金剛石/金屬預粘附層上方覆蓋石墨紙并壓緊，然后將其整體放入真空加熱設備中，進行高溫加熱處理，利用高溫擴散化學反應，實現(xiàn)TC4、金剛石粉末2-2和CuSnTi金屬混合粉末2-3的擴散連接，形成冶金結合界面3-2，如圖4所示；真空加熱設備參數(shù)為：真空度1×10-4Pa，分六段加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至450℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至600℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第四段加熱至750℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至850℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至880℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間30min；隨爐冷卻至室溫后取出TC4并去掉石墨紙，初步在TC4表面得到金剛石顆粒增強耐磨涂層；
5）低溫回火：將TC4放入馬弗爐中加熱到800℃保溫20min，之后隨爐冷卻，消除應力的同時通過氧化去除表面殘余石墨紙，最終得到鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層3-1，如圖4所示。
[0033]實施例5
一種鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
1）鈦合金材料預處理：鈦合金基體材料1采用TC4，采用砂紙對TC4表面進行研磨，去除污垢及氧化膜的同時使產(chǎn)生單一方向的劃痕或多方向的劃痕，形成粗化表面1-1，表面粗糙度Ra為1μm，如圖1所示；
2）將顆粒尺寸為600nmnm的金剛石粉末2-2和顆粒尺寸為1200 nm 的 Ag基合金粉末按照體積比1:8進行充分混合均勻，Ag基合金粉末采用AgCuTi合金粉末2-3，其中Ti含量為5%，AgCu的質量比為72:28，二者共占95%,制成金剛石/合金混合粉末；
3）粉末固定：如圖2所示，在TC4的粗化表面1-1刷涂一層有機膠粘劑2-1，將金剛石/合金混合粉末均勻撒落在有機膠粘劑2-1上，利用有機膠粘劑2-1固定金剛石/合金混合粉末，然后放入干燥箱中將有機膠粘劑2-1烘干，干燥溫度為200℃、烘干時間為10min，在TC4表面得到金剛石/合金預粘附層，如圖3所示；
4）制備耐磨層：在金剛石/合金預粘附層上方覆蓋石墨紙并壓緊，然后將其整體放入真空加熱設備中，進行高溫加熱處理，利用高溫擴散化學反應，實現(xiàn)TC4、金剛石粉末2-2和AgCuTi合金粉末2-3的擴散連接，形成冶金結合界面3-2，如圖4所示；真空加熱設備參數(shù)為：真空度1×10-2Pa，分六段進行加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至400℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至500℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第四段加熱至600℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至720℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至750℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間20min；隨爐冷卻至室溫后取出TC4并去掉石墨紙，初步在TC4表面得到金剛石顆粒增強耐磨涂層；
5）低溫回火：將TC4放入馬弗爐中加熱到400℃保溫2h，之后隨爐冷卻，消除應力的同時通過氧化去除表面殘余石墨紙，最終得到鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層3-1，如圖4所示。
[0034]實施例6
一種鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法，具體包括如下步驟：
1）鈦合金材料預處理：鈦合金基體材料1采用TC4，采用砂紙對TC4表面進行研磨，去除污垢及氧化膜的同時使產(chǎn)生單一方向的劃痕或多方向的劃痕，形成粗化表面1-1，表面粗糙度Ra為1μm，如圖1所示；
2）將顆粒尺寸為700nm的金剛石粉末2-2和顆粒尺寸為500nm 的Cu基合金粉末按照體積比1:10進行充分混合均勻，Cu基合金粉末采用CuSnTi合金混合粉末2-3，其中Ti含量為12%、Sn含量為10%、Cu含量為78%，制成金剛石/合金混合粉末；
3）粉末固定：如圖2所示，在TC4的粗化表面1-1刷涂一層有機膠粘劑2-1，將金剛石/合金混合粉末均勻撒落在有機膠粘劑2-1上，利用有機膠粘劑2-1固定金剛石/合金混合粉末，然后放入干燥箱中將有機膠粘劑2-1烘干，干燥溫度為160℃、烘干時間為50min，在TC4表面得到金剛石/合金預粘附層，如圖3所示；
4）制備耐磨層：在金剛石/合金預粘附層上方覆蓋石墨紙并壓緊，然后將其整體放入真空加熱設備中，進行高溫加熱處理，利用高溫擴散化學反應，實現(xiàn)TC4、金剛石粉末2-2和CuSnTi合金粉末2-3的擴散連接，形成冶金結合界面3-2，如圖4所示；真空加熱設備參數(shù)為：真空度1×10-3Pa，分六段加熱，第一段加熱至300℃，升溫速率為5℃/ min，保溫3min；第二段加熱至450℃，升溫速率為8℃/ min，保溫3min；第三段加熱至600℃，升溫速率為8℃/min，保溫3min；第四段加熱至750℃，升溫速率為10℃/ min，保溫3min，第五段加熱至850℃，升溫速率為8℃/ min，保溫5min；第六段加熱至930℃，升溫速率為5℃/ min，保溫時間15min；隨爐冷卻至室溫后取出TC4并去掉石墨紙，初步在TC4表面得到金剛石顆粒增強耐磨涂層；
5）低溫回火：將TC4放入馬弗爐中加熱到500℃保溫40min，之后隨爐冷卻，消除應力的同時通過氧化去除表面殘余石墨紙，最終得到鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層3-1，如圖4所示。
[0035]上面是對本發(fā)明實施例中的技術方案進行了清楚、完整地描述，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
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鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法.pdf
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“鈦合金表面納米金剛石顆粒增強耐磨涂層的制備方法” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
1682
編輯：中冶有色技術網(wǎng)
來源：太原理工大學
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2025年03月25日 ~ 27日 
