一种钛合金表面硬质层的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114101680A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111364856.3(22)申请日2021.11.17(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人范群波申鑫雨苏铁健雷伟(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人付雷杰(51)Int.Cl.B22F7/02(2006.01)B22F3/14(2006.01)B22F9/04(2006.01)B22F3/10(2006.01)C22C14/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种钛合金表面硬质层的制备方法(57)摘要本发明涉及一种钛合金表面硬质层的制备方法，属于表面处理技术领域。先将Ti粉、C粉、B粉和Ni粉混合均匀形成混合粉体，然后在模具内部按顺序铺一层混合粉体和一层钛合金粉体，而混合粉体以及钛合金粉体的铺设厚度根据实际需要自行调整，之后在1100℃～1200℃的烧结温度以及30MPa～40MPa的烧结压力下进行热压烧结，热压烧结90min～120min后随炉冷却，温度降至600℃以下时卸除压力，在固结的钛合金层表面形成硬质层。本发明所述方法操作简单，普适性高，实用性强，而且钛合金表面制备的硬质层厚度宽范围可调且硬度大于1400HV，具有其他工艺方法无法比拟的优势，具有很好的应用前景。CN114101680ACN114101680A权利要求书1/1页1.一种钛合金表面硬质层的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下，(1)将Ti粉、C粉、B粉和Ni粉混合均匀，得到混合粉体；(2)在模具内部按顺序铺一层混合粉体和一层钛合金粉体，之后在1100℃～1200℃的烧结温度以及30MPa～40MPa的烧结压力下进行热压烧结，热压烧结90min～120min后随炉冷却，温度降至600℃以下时卸除压力，在固结的钛合金层表面形成硬质层；其中，以所述混合粉体的总质量为100％计，则混合粉体中各粉体的质量百分数如下：Ti粉65％～68％，C粉2％～5％，B粉5％～8％以及Ni粉20％～27％。2.根据权利要求1所述的一种钛合金表面硬质层的制备方法，其特征在于：将Ti粉、C粉、B粉和Ni粉加入球磨罐中，按照8:1～10:1的球料比加入球磨珠，并加入无水乙醇，之后在200r/min～250r/min的球磨速率下球磨8h～10h，再对球磨后的混合浆料进行干燥以除去无水乙醇，得到混合粉体。3.根据权利要求1所述的一种钛合金表面硬质层的制备方法，其特征在于：Ti粉的粒径为10μm～60μm；C粉的粒径为1μm～5μm；B粉的粒径为1μm～5μm；Ni粉的粒径为1μm～5μm；钛合金粉体的粒径不大于20μm。4.根据权利要求1所述的一种钛合金表面硬质层的制备方法，其特征在于：以10℃/min～15℃/min的升温速率将温度升至1100℃～1200℃；以0.2MPa/min～0.4MPa/min的升压速率将压力升至30MPa～40MPa。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种钛合金表面硬质层的制备方法，其特征在于：混合粉体的厚度为0.5mm～4mm。2CN114101680A说明书1/5页一种钛合金表面硬质层的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种钛合金表面硬质层的制备方法，属于表面处理技术领域。背景技术[0002]钛是一种重要的结构金属，在20世纪50年代发展起来。钛合金的比强度高、耐热性好、耐腐蚀性好，比断裂韧性高、疲劳强度和抗裂纹扩展能力好等优异的性能使其成功应用于国防军工、航空航天、生物医疗、石油化工等众多领域。即便如此，依旧有很多因素限制着钛合金的应用发展，其中关键的一点在于钛合金的耐磨性较差，这导致了钛合金难以在一些复杂的环境下服役。[0003]对于提高钛合金耐磨性的相关研究有很多，然而这些方法或多或少的都存在着难以攻克的问题。例如：北京航空航天大学的冯树荣等人采用激光熔覆的方法在TC4的表面熔覆了Ti、Ni、B4C的混合粉末，制备得到的材料表面硬质层厚度有800μm左右，硬度仅达到700HV左右；北京工业大学的程文涛等人采用化学气相沉积的方法在钛合金表面沉积Cu/W/Mo复合涂层后，其表面硬度为649.3HV；南京航空航天大学胡巍等人采用等离子渗氮的方法来改善TC4的表面性能，表面最高硬度为1296.25HV，但其渗层深度仅为10μm。发明内容[0004]针对目前钛合金表面硬质层硬度不够高或者硬质层厚度较薄，而硬度与厚度无法兼顾的问题，本发明提供一种钛合金表面硬质层的制备方法，将Ti粉、C粉、B粉和Ni粉按照一定比例配制的混合粉体与钛合金粉体进行热压烧结，混合粉体在钛合金表面形成的硬质层厚度可调范围广，