[发明专利]一种钛合金的复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于合金材料技术领域，涉及一种钛合金的复合材料及其制备方法。所述的复合材料以钛合金为基体，在基体表面涂覆WC基复合涂层，所述的WC基复合涂层由WC陶瓷相和金属粘结相组成，所述的WC陶瓷相用于提高硬度和耐磨性，所述的金属粘结相用于粘结所述的WC陶瓷相，提供塑韧性。利用本发明的钛合金的复合材料及其制备方法，能够使制得的复合材料解决钛合金表面硬度低和耐磨性差的问题，具有更高的硬度和强度。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及一种钛合金的复合材料及其制备方法。

背景技术

钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等性能，目前主要应用于石油化工、航空航天、船舶及国防工业等领域。尽管钛合金具有众多优势，但在一些承载、相对运动或冲击场合下服役时，钛合金的硬度和耐磨性仍然存在一定的不足。通过表面改性技术可以有效解决这一问题。目前钛合金表面改性应用的主要方式有：氧化处理、表面沉积、表面渗层等。

氧化处理通过氧化在合金表面形成一层氧化物陶瓷层，降低钛合金的摩擦系数，提高表面硬度，但氧化后形成的氧化物薄膜通常呈多孔形式，导致摩擦系数不稳定。

表面沉积由于钛表面氧化膜的原因，导致镀覆层质量较差，膜层与基体结合强度较低。此外，激光涂覆、等离子涂覆可以获得致密的涂层结构，结合强度也显著提高，但涂覆过程的高温环境易导致钛合金材料的热变形和开裂。

表面渗层通过在表面形成碳化物或氮化物的陶瓷层来提高钛合金的表面硬度和强度，但这种方式得到的渗层厚度较小。此外，渗层不均匀和处理时间过长也是该方法目前的难点。

超音速火焰喷涂技术是近几年来应用广泛的一种表面改性工艺，其原理是燃料与氧气混合后在高压下被送至喷枪出口处的点燃区点燃，环状流动的热气流受到外围压缩空气流的压缩，使之加速成为超音速火焰，粉末在载气的作用下，被送到喷枪出口处进入火焰中，被焰流加热加速后在基板上形成涂层。超音速火焰喷涂通过结合热能和动能的方式制备涂层，所制备的涂层致密性好、结合强度高、力学性能稳定，其中应用较为广泛的为WC(碳化钨)基类金属陶瓷涂层。

综上所述，当前钛合金表面改性技术中存在以下问题：

(1)钛合金表面改性存在各种不足，钛合金硬度耐磨性提高有限，不能满足高载荷下的使用要求，采用等离子和激光制备涂层热输入大，基体变形、氧化现象严重；

(2)采用超音速火焰喷涂在钛合金基体上制备WC-Co类高硬耐磨涂层的工艺匮乏，涂层结合状态差，存在分层和孔洞的现象。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种钛合金的复合材料，以能够解决钛合金表面硬度低和耐磨性差的问题，具有更高的硬度和强度。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种钛合金的复合材料，所述的复合材料以钛合金为基体，在基体表面涂覆WC基复合涂层，所述的WC基复合涂层由WC陶瓷相和金属粘结相组成，所述的WC陶瓷相用于提高硬度和耐磨性，所述的金属粘结相用于粘结所述的WC陶瓷相，提供塑韧性。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金的复合材料，其中所述的WC基复合涂层的厚度为10～500微米。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金的复合材料，其中所述的金属粘结相为钴，其与所述的WC陶瓷相的质量比为1:3～9。

本发明的第二个目的是提供一种如上所述的复合材料的制备方法，以能够更好的制备如上所述的复合材料，制得复合材料能够解决钛合金表面硬度低和耐磨性差的问题，具有更高的硬度和强度。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种如上所述的复合材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：

(1)对所述的基体进行预处理；