[发明专利]一种钛-硅-碳系反应喷涂复合粉末及其制备方法

说明书

一种钛‑硅‑碳系反应喷涂复合粉末及其制备方法，可用于在钛合金表面制备兼具耐磨性和高温抗氧化性的Ti₅Si₃‑TiC复合涂层。本发明使用钛粉、硅粉和蔗糖作为原材料，经过喷雾造粒‑前驱体碳化工艺，制成钛‑硅‑碳系反应喷涂复合粉末。复合粉末组成质量百分数为：钛：62～81％，硅：15～30％，碳：4～8％。使用本发明复合粉末反应喷涂制备涂层具有以下优点：1)复合粉末在反应喷涂中发生高放热反应，熔化状态好，与钛合金结合强度高，可直接喷涂在钛合金表面，取消预喷涂粘结层工艺；2)复合粉末反应喷涂制备的涂层，相比钛合金，室温和高温耐磨性以及高温抗氧化性具有显著提升。

技术领域

本发明属于陶瓷复合涂层制备技术中的制粉方法，特别是涉及一种用于钛合金表面增强耐磨性及高温抗氧化性的反应喷涂涂层的复合粉末的制备。

背景技术

钛合金具有低密度、高比强度、优异的生物相容性和耐腐蚀性等优点，广泛应用于航空航天、军事、医疗器械、运动器材等领域。然而，钛合金硬度低、耐磨性差，限制了其在摩擦磨损环境中的应用。此外，钛合金的抗高温氧化性能差，难以应用于550℃以上的高温部件。

磨损和氧化本质上是表面破坏过程，其主要受到近表面区域的组成和微观结构的影响。因此，通过表面涂层技术在钛合金表面制备复合涂层，以改善钛合金的耐磨性和抗氧化性的方法受到越来越多的关注。其中，陶瓷复合涂层允许添加具有所需特征的陶瓷颗粒，是一种具有潜力的涂层类型。

在众多的陶瓷增强相中，TiC具有高硬度、低密度和高热稳定性等突出优点，因此被广泛用于耐磨涂层。Ti₅Si₃具有高熔点、高硬度、低密度、优异的抗蠕变和抗氧化性等优点，且与钛合金具有较高的相容性，是一种理想的钛合金表面耐磨和高温抗氧化涂层增强材料。因此，通过在钛合金表面制备Ti₅Si₃-TiC复合涂层，可以显著提升钛合金的耐磨性和高温抗氧化性能。

在陶瓷复合涂层的制备中，反应喷涂是一种将热喷涂和原位合成相结合的涂层制备方法，其利用喷涂过程中的反应直接在基板表面沉积所需的涂层材料。反应过程中放出大量的反应热，有利于复合粉末的熔化，从而获得高质量涂层。

反应喷涂复合涂层多采用复合粉末制备，其复合粉末的组织和性能对于涂层的性能具有重要影响。目前，已公开专利中，“一种球形钛-铁-碳系反应喷涂复合粉末及其制备方法”(专利公开号：CN108247038A)使用钛铁粉、蔗糖和石墨为原料，制备了球形钛-铁-碳系反应喷涂复合粉末，以应用于制备高耐磨性复合涂层。该专利复合粉末可用于钛合金表面以提升其耐磨性。但其仍存在两个缺点，一方面，该粉末以钛铁粉为主要原料，经反应喷涂制得涂层为铁基涂层，与钛合金亲和力差，需在喷涂前预先喷涂粘结涂层以获得较高的结合强度。另一方面，该涂层以碳化钛为主要陶瓷增强相，仅能够改善钛合金的耐磨性，但高温抗氧化性差，难以应用于高温环境。因此，一种能够与钛合金基体获得良好结合，兼具耐磨和抗高温氧化性能涂层的反应喷涂复合粉末的研发势在必行。

发明内容

针对目前反应喷涂复合粉末存在的与钛合金亲和力差，形成涂层结合强度低，抗高温氧化性能差的缺点，本发明提出一种新的钛-硅-碳系复合粉末。该复合粉末采用的原料以钛粉为主，与钛合金亲和力高，在喷涂过程中可以直接喷涂在钛合金表面形成良好结合，不必预喷涂粘结层。同时，在复合粉末中加入硅粉，其在喷涂过程中与钛粉反应生成Ti₅Si₃相，以提高涂层的抗高温氧化性能。

一种钛-硅-碳系反应喷涂复合粉末，其特征在于：以钛粉、硅粉和蔗糖为原料；复合粉末组成质量百分数为：钛：62～81％，硅：15～30％，碳：4～8％。

本发明提出的钛-硅-碳系反应喷涂复合粉末制备方法步骤如下：

1)将钛粉，硅粉和蔗糖按配比混合，在行星球磨机中湿磨5-7h，球磨介质为无水酒精，转速为240r/min；