【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钛合金材料制造领域，特别提供一种高硬耐磨损钛合金及其石墨铸型复合涂层精密铸造方法。
技术介绍
1、钛合金在航空航天、航海、生物科技等领域有着广泛的应用前景。其本身具有比强度高、高温热稳定性好、良好的生物相容性和耐腐蚀性的特点。但钛合金的硬度较低、耐磨性较差及高温蠕变性低的问题限制其广泛应用。钛合金零部件在复杂条件下重载荷和高速度条件下的使用，对其摩擦磨损性能提出了更高的要求。现有的钛合金材料无法完全满足其耐磨损性能的要求。
2、钛合金复合材料将金属材料和陶瓷材料的优异性结合在一起，显著提高其力学性能，但是传统的铸造和热压烧结等制备方法，增强相在基体中分布的均匀性较差，导致增强体的团聚和粗化从而降低力学性能。
3、石墨铸型具有良好的热稳定性，被广泛应用于钛合金的铸造当中。但石墨铸型由于激冷作用导致铸件表面质量较差，出现冷隔、流痕等问题十分显著。
技术实现思路
1、针对耐磨损高硬度钛合金复合材料铸件合金元素、增强相在基体内分布不均匀，钛合金铸件表面粗糙度较高，石墨铸型无法重复使用，生产成本高，生产周期长等问题，本专利技术提供了一种高硬耐磨损钛合金及其石墨铸型复合涂层精密铸造方法，采用该方法生产的铸件具有内部成分、组织均匀，铸件表面质量高等优点，且可生产大尺寸铸件，所用石墨铸型一般可重复使用1～2次，在降低生产成本的同时提高了生产效率。
2、本专利技术技术方案如下：
3、一种高硬耐磨损钛合金，其特征在于，按照质量百分比计，所述
4、进一步优选为：al 5～7％、mo 3～6％、v 1～4％、zr 1～2％、w 0.5～1％、gd 0.1～0.8％，c 1～3％，b 1.5～3％，ti余量。
5、本专利技术所述钛合金中，添加了大量的c和b元素，其中优选为：c+b＝2.5～5wt.％。
6、本专利技术还提供了所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
7、(1)对原材料粉末进行预处理：将纯钛粉、硼粉末、石墨粉末进行球磨处理，得到外部包裹碳粉和硼粉、内部为钛的核壳结构粉末，再将该粉末与其它合金原料混合；
8、(2)采用热等静压粉末冶金工艺制备高硬耐磨损钛合金材料一次锭；
9、(3)制备带有复合涂层的石墨铸型；
10、(4)真空悬浮熔炼炉内进行熔炼并浇注。
11、其中：
12、步骤(1)中，所述预处理的具体工艺过程如下：
13、(a)球磨处理：清洗球磨罐后，将250～330μm的纯钛粉与150～260μm硼粉末、150～260μm石墨粉末按体积比5～9:1～2:1～2的比例放入球磨罐中，按球料比6～8：1加入氧化锆球；封闭球磨罐后抽真空至1×10-3mpa以下，并通入氩气后将球磨罐放入行星式球磨机中，设定球磨机转数为180～250rad/min，设定球磨时间为6～10h；球磨得到大小为180～250μm的外部包裹石墨和硼粉、内部为钛的核壳结构粉末；
14、(b)真空混料：将球磨处理的粉末和其它原材料进行真空混料，抽真空至5×10-1mpa以下，将混料罐放置到混料机中，设置混料时间为2～5h。
15、步骤(2)中，热等静压粉末冶金工艺过程如下：
16、a)灌料：在真空手套箱中通过导管将粉末材料灌入包套，并使用振动台震实后密封；
17、b)包套焊封：将包套内真空度控制在5×10-2mpa以下，导管焊接密封；
18、c)热等静压粉末冶金：将密封完成的包套放入热等静压设备中，在940±10℃、130～140mpa的氩气氛围中保温4～6h，随炉冷却至280℃；
19、d)包套去除：去除包套，铸锭表面经过酒精清洗处理得到一次锭。
20、步骤(3)中，带有复合涂层的石墨铸型制备方法为：
21、1)机加制备石墨铸型；
22、2)制备等离子喷涂用复合涂层和等离子喷涂用石墨烯复合涂层粉末；
23、等离子喷涂用复合涂层和等离子喷涂用石墨烯复合涂层粉末的制备方法为：
24、(a)取8～15wt.％粒度为45μm～75μm的氧化钛粉、12～15wt.％粒度为45μm～75μm的氧化锆粉、5～8wt.％粒度为45μm～75μm的氮化硼粉、余量是粒度为45μm～75μm的氧化铝，采用混料机混合3～4小时；
25、(b)采用高温电弧熔炼的方法对所得粉料进行熔炼，熔炼温度1800℃～2600℃，所得材料再进行球化造粒，使用高能球磨机，球磨转数在350rad/min，球磨时间3～4小时，制得粒度为100～200μm等离子喷涂复合涂层粉料；
26、(c)在部分步骤(b)所得等离子喷涂复合涂层粉料中加入1wt.％-8wt.％石墨烯，使用高能球磨机，球磨转数在400rad/min，球磨4～6小时，制得60～140μm等离子喷涂石墨烯复合涂层粉料。
27、3)将石墨铸型放置于真空除气炉中进行真空除气，真空度控制在2×10-1pa，加热到800℃，保温2h后随炉冷区50℃；根据图纸和数模要求进行装配组合：
28、4)在石墨铸型表面进行等离子喷涂；
29、a)在石墨铸型上喷50～80μm厚的等离子喷涂复合涂层作为底层，电压40～50v，电流600～800a，送粉速率20～50g/min，主气流量50～80l/min，喷涂角度80～110°，喷涂距离50～150mm，喷枪与石墨铸型的相对速度在100～500mm/s；喷涂过程中采用氩气保护防止石墨烯氧化；
30、c)在底层上喷100～200μm厚的等离子喷涂石墨烯复合涂层，电压50～60v，电流600～800a，送粉速率20～50g/min，主气流量70～100l/min，喷涂角度80～110°，喷涂距离50～150mm，喷枪与石墨铸型的相对速度在100～500mm/s；喷涂过程中采用氩气保护防止石墨烯氧化。
31、5)将组合装配好的石墨铸型在加热炉中加热至200℃并保温2h。
32、步骤(4)中，所述熔炼并浇注的具体步骤如下：
33、将一次铸锭放置于水冷铜坩埚中心处，通入氩气洗炉，重复2～3次，真空度控制在5×10-2pa以下，充入保护气体，开始熔炼；熔炼时间控制在15～25min，浇注温度在1500～1600℃，控制电压380～420v，功率在320～360kw，冷却水温度在38℃以下；
34、使用离心浇注工艺，离心盘的转速150～200r/min，启动液压装置翻转坩埚，完成浇注。
35、本专利技术的优点为：
36、1.本专利技术通过行星式球磨机，使纯ti粉、硼粉、石墨粉通过磨球的冲击产生机械结合，形成以纯钛粉为内核，石墨本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高硬耐磨损钛合金，其特征在于，按照质量百分比计，所述钛合金的组成为：Al5～12％、Mo 3～6％、V 1～5％、Zr 1～5％、W 0.5～2％、Gd 0.1～0.8％，C 1～3％，B 1.5～3％，Ti余量。
2.按照权利要求1所述高硬耐磨损钛合金，其特征在于，按照质量百分比计，所述钛合金的组成为：Al 5～7％、Mo 3～6％、V 1～4％、Zr 1～2％、W 0.5～1％、Gd 0.1～0.8％，C1～3％，B 1.5～3％，Ti余量。
3.一种权利要求1所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
4.按照权利要求3所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预处理的具体工艺过程如下：
5.按照权利要求3所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，热等静压粉末冶金工艺过程如下：
6.按照权利要求3所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，带有复合涂层的石墨铸型制备方法为：
7.按照权利要求6所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征
8.按照权利要求6所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，步骤4)中，石墨铸型表面等离子喷涂工艺为：
9.按照权利要求3所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述熔炼并浇注的具体步骤如下：
10.一种采用权利要求3所述方法制备得到的高硬耐磨损钛合金铸件，其特征在于：所述铸件维氏硬度为400～580HV，在200N的载荷，转数为120r/min下摩擦系数为0.35～0.60，平均的磨损量为80～135mg；铸件的表面粗糙度Ra≤6.5。
...【技术特征摘要】
1.一种高硬耐磨损钛合金，其特征在于，按照质量百分比计，所述钛合金的组成为：al5～12％、mo 3～6％、v 1～5％、zr 1～5％、w 0.5～2％、gd 0.1～0.8％，c 1～3％，b 1.5～3％，ti余量。
2.按照权利要求1所述高硬耐磨损钛合金，其特征在于，按照质量百分比计，所述钛合金的组成为：al 5～7％、mo 3～6％、v 1～4％、zr 1～2％、w 0.5～1％、gd 0.1～0.8％，c1～3％，b 1.5～3％，ti余量。
3.一种权利要求1所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
4.按照权利要求3所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预处理的具体工艺过程如下：
5.按照权利要求3所述高硬耐磨损钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，热等静压粉末冶金工艺...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢华生，赵军，史昆，刘时兵，刘宏宇，谢嘉琪，张志勇，刘田雨，曲赫威，倪嘉，
申请(专利权)人：沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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