CN114411013B - 自润滑耐磨钛基复合材料制件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自润滑耐磨钛基复合材料制件及其制备方法，该制件的组织为TC4的α‑Ti基体相以及弥散分布在基体相周围的增强相和自润滑相；其中，增强相为SiC颗粒，自润滑相为MoS2颗粒、WS2颗粒中的至少一种；并且基体相的周围分散有TiC颗粒；该制件的摩擦系数为0.15～0.40，硬度为580～950HV。该自润滑耐磨钛基复合材料制件的增强相与自润滑相在基体相周围呈现弥散均匀分布，晶粒细小，致密度高，硬度高，力学性能好，摩擦系数低、磨损量小、磨损率低，耐磨性能优异。

Description

自润滑耐磨钛基复合材料制件及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料设计与制备技术领域，具体涉及一种自润滑耐磨钛基复合材料制件及其制备方法。
背景技术
钛及其合金属于轻质高强材料，其密度(4507kg/m3)仅次于镁合金(1738kg/m3)与铝合金(2700kg/m3)，低于钢铁(7874kg/m3)、铜合金(8920kg/m3)、钨合金(19250kg/m3)等材料，相同尺寸的零部件其质量更小，且其强度高于镁合金和铝合金。钛及其合金的硬度、韧性高于镁合金和铝合金。钛及其合金的热膨胀系数低，且远低于钢铁、铜合金、铝合金等材料，制备成的零部件尺寸精度高，较大的温差下其尺寸的变化量小。并且钛及其合金无磁性，疲劳性能和抗辐照能力较强。综上所述，除去硬度、耐磨性等性能外，钛及其合金综合性能优异，因此其在航空航天、生物医疗以及先进工程材料方面有着突出的竞争力。多年来国内外对粉末冶金钛合金方法的研究表明，钛及钛合金通过粉末冶金方法制造的配件不仅在航空航天和汽车工业有着广泛的应用前景，而且可以采用由钛及钛合金粉末制备各种用途的成型件，广泛用于食品、化工和医药等许多工业部门。但钛及其合金的硬度低、耐磨性差，其零部件在使用的过程中易磨损，进而导致零部件的咬合失稳，进而引起仪器设备的响动甚至抖动等。
随着新材料技术的研究与发展，可采用多种材料掺杂的方式弥补钛及其合金材料的不足，并进一步改善其结构并优化强度等性能。如通过在钛合金基体中添加自润滑材料可以降低其与其他材料接触时的摩擦系数，并且能够降低磨损体积和磨损率，增加材料的耐磨性。但是由于所添加的自润滑材料的分解温度低于烧结温度，在粉末冶金的烧结过程中自润滑材料发生分解，并且所采用气氛烧结或真空烧结的升温时间与保温时间较长，在此过程中自润滑材料无法维持其化学结构的稳定性进而分解失去自润滑作用，甚至可能会在基体材料中因所添加自润滑材料的分解而引入改变材料结构、降低材料性能的物质，进一步恶化基体材料的结构与性能，使得基体材料中复合材料的掺杂失去其应有的增益作用。
发明内容
为解决现有技术中钛材料硬度、耐磨性等性能差以及二维结构的自润滑材料在高温下分解的技术问题，本发明的主要目的在于提供一种自润滑耐磨钛基复合材料制件及其制备方法，该自润滑耐磨钛基复合材料制件的增强相与自润滑相在基体相周围呈现弥散均匀分布，晶粒细小，致密度高，硬度高，力学性能好，摩擦系数低、磨损量小、磨损率低，耐磨性能优异。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种自润滑耐磨钛基复合材料制件。
该自润滑耐磨钛基复合材料制件的组织为TC4的α-Ti基体相以及弥散分布在基体相周围的增强相和自润滑相；其中，
所述增强相为SiC，所述自润滑相为MoS2、WS2中的至少一种；并且所述基体相的周围分散有TiC；
所述制件的摩擦系数为0.15～0.40，硬度为580～950HV。
进一步的，所述制件的磨损体积≤0.079mm3，磨损率为1.2×10-12～2.4×10-12m3/N·m，磨痕宽度为340～700μm。
进一步的，所述制件的致密度≥99.0％，抗拉强度为700～800MPa，规定塑性延伸强度为620～660MPa，断后伸长率为3.0％～5.0％，断面收缩率为3.0％～6.0％。
进一步的，所述制件的摩擦系数为0.22，硬度为945HV，磨损体积≤0.047mm3，磨损率为1.39×10-12m3/N·m，磨痕宽度为349.9μm，致密度99.5％，抗拉强度为763MPa，规定塑性延伸强度为648MPa，断后伸长率为4.2％，断面收缩率为5.4％。
进一步的，所述制件组织包括：按质量百分比计，75.0～97.0％的α-Ti基体相、1.0～7.0％SiC增强相、1.5～14.0％自润滑相以及0.5～4.0％TiC。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种自润滑耐磨钛基复合材料制件的制备方法。
制备上述的自润滑耐磨钛基复合材料制件的方法包括以下步骤：
在自润滑相粉末表面形成保护膜，然后将其与TC4粉末、SiC粉末混合，之后依次进行冷等静压成型和真空烧结，得到所述的自润滑耐磨钛基复合材料制件；其中，
所述保护膜为有机物膜或碳膜，所述有机物膜为利用偶联剂包覆法形成，所述碳膜为利用水热碳化+乳液模板法形成；
所述自润滑相粉末为MoS2粉末、WS2粉末中的至少一种。
进一步的，所述制件的原料粉末按质量百分比计包括：79.0～97.0％TC4粉末、1.0～7.0％SiC粉末和2.0～14.0％自润滑相粉末。
进一步的，所述制件的原料粉末按质量百分比计包括：79.0～90.0％TC4粉末、5.0～7.0％SiC粉末和5.0～14.0％自润滑相粉末。
进一步的，所述偶联剂包覆法中的偶联剂采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述偶联剂与所述自润滑相粉末的质量比为0.01～0.5：1。
进一步的，所述偶联剂与所述自润滑相粉末的质量比为0.1～0.5：1。
进一步的，所述水热碳化+乳液模板法中以碳源和所述自润滑相粉末为原料，以辛胺为添加剂；所述自润滑相粉末与所述碳源的质量比为0.01～0.2：1，所述辛胺与所述碳源的质量比为0.05～1：1；所述碳源为淀粉、葡萄糖、柠檬酸、麦芽糖中的至少一种。
进一步的，所述自润滑相粉末与所述碳源的质量比为0.1～0.2：1，所述辛胺与所述碳源的质量比为0.5～1：1。
进一步的，所述冷等静压成型的压制参数为：油压，压力为200～300MPa，保压时间为2～10min。
进一步的，所述真空烧结的工艺条件为：升温速率10～20℃/min，烧结温度1100～1300℃，真空度为10-2～10-4Pa，保温时间90～150min。
本发明的有益效果：
1、制备工艺简单、流程少、周期短；并且所采用的原料粉末和表面改性材料的成本低、来源广。
2、本发明通过对自润滑相粉末进行表面改性，使得自润滑相粉末在高温烧结的过程中其表面原位反应生成一层TiC保护层，该保护层的Ti与C以共价键的形式结合，分解温度高，熔点高，热导率差，能够有效隔绝烧结过程中热量对自润滑相粉末的影响，进而保护自润滑相粉末不被分解；同时，反应生成的TiC能够起到增强基体硬度、强度、韧性等力学性能的作用，进一步提升材料的综合性能；并且，通过提高升温速率的方法可以进一步降低自润滑相粉末在升温过程中的分解。通过粉末表面有机物包覆、原位TiC保护层生成以及升温速率的提高能够有效降低二维结构型自润滑材料在高温下的分解，保证其化学结构的完整性、稳定性和自润滑作用。
3、本发明制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的增强相与自润滑相在基体中呈现弥散均匀分布，且所掺杂的MoS2粉末、WS2粉末及MoS2+WS2粉末在烧结后未发生分解，复合材料制件的晶粒尺寸更为细小，致密度更高，硬度、强度等力学性能优异，摩擦系数远低于钛合金基体材料，且相同工况下的磨损量更小，耐磨性得到优化和提升。
4、该自润滑耐磨钛基复合材料制件可用于齿轮件、传动件、组合件等零部件，且在其服役过程中可少量添加润滑油甚至不使用润滑油。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的自润滑耐磨钛基复合材料制件的制备工艺流程图；
图2a为对比例1中制得的TC4材料制件的SEM形貌(金相形貌)；
图2b为对比例4中制得的钛基复合材料制件的SEM形貌(金相形貌)；
图2c为本发明实施例1中制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的SEM形貌(金相形貌)；
图2d为本发明实施例3中制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的SEM形貌(金相形貌)；
图3为本发明实施例1中制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的电子探针(EPMA)结果；其中，图3a为选取的EPMA分析区域；图3b为Ti元素的EPMA结果，Ti元素分布在晶粒内部以及板条之间，区别于增强相与自润滑相的位置；图3c为Al元素的EPMA结果，Al元素分布在晶粒内部以及顺着板条形貌的位置，呈现与板条形貌相近的方向；图3d为V元素的EPMA结果，V元素弥散均匀分布在板条形貌中；图3e为Si元素的EPMA结果，Si元素分布在增强相的内部；图3f为C元素的EPMA结果，C元素的位置与Si相近，均布在增强相中；图3g为Mo元素的EPMA结果，Mo元素弥散均匀分布在自润滑相周围，区别于Si和C元素的位置；图3h为S元素的EPMA结果，S元素均匀弥散分布在自润滑相周围，与Mo元素的位置相同。
图4为对比例1中制得的TC4材料制件与本发明实施例制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的摩擦系数对比图；
图5a为对比例1中制得的TC4材料制件的磨痕的SEM形貌；
图5b为对比例4中制得的钛基复合材料制件的磨痕的SEM形貌；
图5c为本发明实施例1中制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的磨痕的SEM形貌；
图5d为本发明实施例3中制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的磨痕的SEM形貌。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明中的具体实施方式，提供了一种自润滑耐磨钛基复合材料制件的制备方法。
如图1所示，该自润滑耐磨钛基复合材料制件的制备方法包括以下步骤：
(1)按比例称量基体粉末、增强相粉末和自润滑相粉末。其中，基体粉末、增强相粉末和自润滑相粉末占其总和的质量百分比分别为79.0～97.0％、1.0～7.0％和2.0～14.0％。
自润滑相粉末为MoS2粉末、WS2粉末中的至少一种。
基体粉末为TC4粉末。
增强相粉末为SiC粉末。
(2)对自润滑相粉末进行表面改性，得到表面附有保护膜的改性后自润滑相粉末。
其中，保护膜为有机物膜或碳膜，有机物膜为利用偶联剂包覆法形成，碳膜为利用水热碳化+乳液模板法形成。
偶联剂包覆法具体为：
首先称取偶联剂，偶联剂与自润滑相粉末的质量比为0.01～0.5：1；然后将偶联剂置入易挥发的有机物溶液中，并充分混合均匀形成混合溶液，混合溶液的固液比为1.0～5.0g/mL；然后将自润滑相粉末置入混合溶液中，不断搅拌，使混合溶液与自润滑相粉末充分接触并均匀混合；随后将其在鼓风烘箱中60～90℃温度下加热12～48h，直至有机物溶液充分挥发只剩干燥的表面改性完成的自润滑相粉末；最后将改性后的自润滑相粉末在研钵中进行研磨，得到粒度分明的改性自润滑相粉末。
偶联剂可以为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂；其中，硅烷偶联剂可以为氨基硅烷(如3-氨丙基三乙氧基硅烷)、乙烯基硅烷(如乙烯基三乙氧基硅烷)、酰基硅烷(如3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)、辛基硅烷(如辛基三乙氧基硅烷)或烷基硅烷；
钛酸酯偶联剂可以为三硬脂酸钛酸异丙酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯。
易挥发的有机物溶液可以为无水乙醇、甲醇、甲苯、二甲苯。
水热碳化+乳液模板法具体为：
以自润滑相粉末和碳源为原料，以辛胺为添加剂。将自润滑相粉末和碳源分别溶于蒸馏水中，得到混合溶液，自润滑相粉末与碳源的质量比为0.01～0.2：1；向混合溶液中加入辛胺，辛胺与碳源的质量比为0.05～1：1，振荡至均匀；将混合液体放入水热反应釜，于50～200℃温度下保温1～50小时；取出反应釜，冷却至室温后，打开容器，倒出沉淀，用蒸馏水和乙醇清洗后得到改性后自润滑相粉末。
碳源可以为淀粉、葡萄糖、柠檬酸、麦芽糖中的至少一种。
(3)将基体粉末、增强相粉末和改性后自润滑相粉末进行机械混合，得到混合均匀的复合材料粉末。其中，机械混合采用多轴辊磨机或行星式球磨机，球磨介质为钛球、玛瑙球、不锈钢球或氧化锆球，球磨转速为50～150r/min，球磨时间为12～24h。
(4)将复合材料粉末置于软模中进行冷等静压成型，压制参数为：油压，压力为200～300MPa，保压时间为2～10min。
(5)真空烧结，工艺条件为：升温速率10～20℃/min，烧结温度1100～1300℃，真空度为10-2～10-4Pa，保温时间90～150min，得到自润滑耐磨钛基复合材料制件。
(6)对制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件进行机械加工处理，得到所需的自润滑耐磨钛基复合材料零件。
本发明还提供了一种自润滑耐磨钛基复合材料制件，该制件的组织为TC4的α-Ti基体相以及弥散分布在基体相周围的增强相和自润滑相；其中，增强相为SiC，自润滑相为MoS2、WS2中的至少一种；并且基体相的周围分散有TiC；制件的摩擦系数为0.15～0.30，硬度为580～950HV。
以下结合具体实施例对本发明中自润滑耐磨钛基复合材料制件及其制备工艺进行详细说明。
实施例1
一种自润滑耐磨钛基复合材料制件，基体材料为TC4粉末，粒度D50＝27.0μm，占比90.0wt.％；增强材料为SiC粉末，粒度D50＝5.0μm，占比5.0wt.％；润滑材料为MoS2粉末，粒度D50＝2.6μm，占比5.0wt％。
首先将MoS2粉末进行偶联剂包覆表面改性处理，其中偶联剂采用钛酸酯偶联剂，偶联剂与自润滑相粉末的质量比为0.1，固液比为2.0g/mL，烘箱温度为75℃，时间为24min，得到表面附着有机物保护膜的改性后润滑材料；随后利用多轴辊磨机进行机械混合得到复合材料粉末，混合介质为氧化锆球，球磨转速为100r/min，球磨时间为24h；随后将复合材料粉末置于软胶模具中进行冷等静压成型，压力为250MPa，保压时间为5min；最后将冷等静压后的坯体置于真空烧结炉中进行烧结，烧结工艺为：升温速率15℃/min，烧结温度1250℃，烧结真空度为2.0×10-3Pa，保温时间120min。
实施例2～3采用与实施例1相同的制备工艺，所不同之处在于使用的原料粉末及规格、机械混合以及放电等离子烧结工艺参数等，现将实施例1～3自润滑耐磨钛基复合材料制件的制备方法中的各工艺参数进行汇总，详见表1～表4。
表1实施例1～3中原料粉末及其规格汇总
Figure BDA0003368172140000111
表2实施例1～3中机械混合工艺参数汇总
Figure BDA0003368172140000121
表3实施例1～3中机械混合工艺参数汇总
Figure BDA0003368172140000122
表4实施例1～3中冷等静压成型和真空烧结工艺参数汇总
Figure BDA0003368172140000123
同时，本发明中还对实施例1～3中所得到的自润滑耐磨钛基复合材料制件的力学性能和摩擦磨损性能进行检测，结果详见表5和表6。
表5实施例1～3中自润滑耐磨钛基复合材料制件的力学性能汇总
Figure BDA0003368172140000131
表6实施例1～3中自润滑耐磨钛基复合材料制件的摩擦磨损性能汇总
Figure BDA0003368172140000132
结合表6和表7可以得出，本发明实施例中制备得到的自润滑耐磨钛基复合材料制件的结构致密、均匀，致密度达到99.0％以上，可达全致密状态，硬度可达580～950HV，抗拉强度可达760～800MPa，规定塑性延伸强度可达620～660MPa，断后伸长率可达3.0％～5.0％，断面收缩率可达3.0％～6.0％，摩擦系数可优化至0.20～0.40，磨损体积降低至0.079mm3以下，磨损率优化至1.2×10-12～2.4×10-12m3/N·m。
图3为本发明实施例1中制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的EPMA结果，结合图3a、图3b、图3c、图3d、图3e、图3f、图3g和图3h可以看出，Ti、Al、V元素均匀分布在TC4基体的晶粒周围与晶粒内部，所添加的MoS2粉末所含元素Mo、S均可检测到；同时，Mo、S两种元素所处的位置相同，说明所添加的自润滑相粉末在真空烧结的过程中未完全分解或未发生分解，依然保持二维结构的完整性和稳定性；所添加的SiC粉末所含元素Si、C均可检测到，Si元素存在于增强相组织的内部，C元素一方面存在于与Si元素相同的位置，另一方面存在于润滑相组织的周围，呈现围绕润滑相组织的环形分布形貌，且在此环形形貌处同时可检测到Ti元素的存在，说明自润滑材料进行表面改性后可在其表面生成一层TiC保护层。
以下将通过对比例对本发明实施例中制备得到的自润滑耐磨钛基复合材料制件的力学性能和摩擦磨损性能作详细说明。
对比例1
基体材料为TC4粉末，粒度D50＝27.0μm，TC4粉末占比为100％。首先利用多轴辊磨机进行机械混合，混合介质为氧化锆球，球磨转速为100r/min，球磨时间为24h；随后将机械混合后的TC4粉末置于软胶模具中进行冷等静压成型，压力为250MPa，保压时间为5min；最后将冷等静压后的坯体置于真空烧结炉中进行烧结，烧结工艺为：升温速率15℃/min，烧结温度1250℃，烧结真空度2.0×10-3Pa，保温时间120min。
对比例2
一种钛基复合材料制件，基体材料为TC4粉末，粒度D50＝27.0μm，占比90.0wt.％；增强材料为SiC粉末，粒度D50＝5.0μm，占比10.0wt.％；无润滑材料。
首先利用多轴辊磨机进行机械混合得到复合材料粉末，混合介质为氧化锆球，球磨转速为100r/min，球磨时间为24h；随后将复合材料粉末置于软胶模具中进行冷等静压成型，压力为250MPa，保压时间为5min；最后将冷等静压后的坯体置于真空烧结炉中进行烧结，烧结工艺为：升温速率15℃/min，烧结温度1250℃，烧结真空度2.0×10-3Pa，保温时间120min。
对比例3
一种钛基复合材料制件，基体材料为TC4粉末，粒度D50＝27.0μm，占比90.0wt.％；无增强材料；润滑材料为MoS2粉末，粒度D50＝2.6μm，占比10.0wt％。
首先利用多轴辊磨机进行机械混合得到复合材料粉末，混合介质为氧化锆球，球磨转速为100r/min，球磨时间为24h；随后将复合材料粉末置于软胶模具中进行冷等静压成型，压力为250MPa，保压时间为5min；最后将冷等静压后的复合材料粉末坯置于真空烧结炉中进行烧结，烧结工艺为：升温速率15℃/min，烧结温度1250℃，烧结真空度2.0×10-3Pa，保温时间120min。
对比例4
一种自润滑耐磨钛基复合材料制件，基体材料为TC4粉末，粒度D50＝27.0μm，占比90.0wt.％；增强材料为SiC粉末，粒度D50＝5.0μm，占比5.0wt.％；润滑材料为MoS2粉末，粒度D50＝2.6μm，占比5.0wt％。首先利用多轴辊磨机进行机械混合得到复合材料粉末，混合介质为氧化锆球，球磨转速为100r/min，球磨时间为24h；随后将复合材料粉末置于软胶模具中进行冷等静压成型，压力为250MPa，保压时间为5min；最后将冷等静压后的坯体置于真空烧结炉中进行烧结，烧结工艺为：升温速率15℃/min，烧结温度1250℃，烧结真空度2.0×10-3Pa，保温时间120min。
同时，本发明还将对比例1～4中所得到的钛基复合材料制件的力学性能和摩擦磨损性能进行检测，其中，摩擦磨损性能的测试采用球盘式摩擦磨损实验机，并采用行业标准方法进行，结果详见表7和表8。
表7对比例1～4中钛基复合材料制件的力学性能汇总
Figure BDA0003368172140000161
其中，对比例1中烧结后得到的TC4材料制件的金相形貌如图2a所示，结合表7和图2a可以看出，TC4材料制件的致密度较高，可达全致密状态；并且材料的晶粒形貌呈现板条状，材料的晶界清晰可见。
对比例4中烧结后得到的钛基复合材料制件的金相形貌如图2b所示，结合表7和图2b可以看出，钛基复合材料制件的致密度较低，存在明显的孔洞；并且材料的晶粒形貌和晶界均不清晰。
图2c和图2d分别示出了本发明实施例1和实施例3中制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的金相形貌，结合表5可以看出，本发明中自润滑耐磨钛基复合材料制件的致密度较高，可达全致密状态，并且板条形貌和晶界清晰可见，所掺杂的增强相材料和自润滑相材料在基体材料中呈现弥散均匀分布。
表8对比例1～4中钛基复合材料制件的摩擦磨损性能汇总
Figure BDA0003368172140000171
一般而言，摩擦系数越小，磨痕宽度越宽，磨损体积越小，磨损率越低，材料的耐磨性越好。
从表8可以看出，对比例1中的TC4材料制件以及对比例2～4中的钛基复合材料制件的摩擦系数均高于0.5；其中，对比例1中TC4材料制件的摩擦系数为0.70，对比例4中钛基复合材料制件的摩擦系数为0.60，其磨损过程中可分为两个阶段，即初始磨损阶段(0～50s)和稳定磨损阶段(50～600s)。
图5a和图5b分别示出了TC4材料制件和钛基复合材料制件的磨痕形貌，其中TC4材料制件的磨痕宽度为1030.1μm，磨损体积为0.139mm3，磨损率为4.07×10-12m3/N·m，钛基复合材料制件的磨痕宽度为983.6μm，磨损体积为0.130mm3，磨损率为3.30×10-12m3/N·m，均可明显观察到犁沟、划痕、粘着点以及磨屑的存在，不能满足作为自润滑耐磨钛基复合材料制件的使用要求。
本发明的实施例中通过对自润滑相粉末的表面改性，使得其在烧结过程中能够保持化学结构的稳定，进而在摩擦磨损的过程中起到自润滑的作用，降低材料的摩擦系数；而且通过在基体粉末中掺杂增强相粉末以及自润滑相粉末能够起到细晶强化和弥散强化的作用，材料的硬度升高。
结合表6、图4、图5c以及图5d可以看出，本发明实施例中制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的摩擦系数≤0.38，均小于对比例1至对比例4中制得材料制件的摩擦系数，并且与对比例1相比，实施例3中自润滑耐磨钛基复合材料制件的硬度提升150％左右，摩擦系数降低70％左右，磨损体积降低75％左右，耐磨性增加70％左右。与对比例2-4相比，实施例3中自润滑耐磨钛基复合材料制件的硬度增加100％左右，摩擦系数降低60％左右，磨损体积降低65％左右，耐磨性增加60％左右，磨损体积大幅度降低，耐磨性大幅度提升，满足自润滑与耐磨的要求。
此外，虽然本发明实施例中制得的自润滑耐磨钛基复合材料制件的强度与塑性相对于对比例1中制得的TC4材料制件的强度与塑性有所降低，且优于对比例2～4中制得的钛基复合材料制件的强度和塑性，也能够满足钛基复合材料的使用要求。
本发明通过对二维结构的自润滑相粉末的表面改性，使其避免在粉末冶金烧结的过程中热分解，并且通过进一步提高升温速率，能够保持二维自润滑材料的完整性，进而改善所制备材料的摩擦磨损性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种自润滑耐磨钛基复合材料制件，其特征在于，所述制件的组织为TC4的α-Ti基体相以及弥散分布在基体相周围的增强相和自润滑相；其中，
所述增强相为SiC，所述自润滑相为MoS2、WS2中的至少一种；并且所述基体相的周围分散有TiC；
所述制件的摩擦系数为0.15~0.40，硬度为580~950HV；
所述自润滑耐磨钛基复合材料制件通过包括以下步骤的方法制备：
在自润滑相粉末表面形成保护膜，然后将其与TC4粉末、SiC粉末混合，之后依次进行冷等静压成型和真空烧结，得到所述的自润滑耐磨钛基复合材料制件；其中，
所述保护膜为有机物膜或碳膜，所述有机物膜为利用偶联剂包覆法形成，所述碳膜为利用水热碳化+乳液模板法形成；
所述自润滑相粉末为MoS2粉末、WS2粉末中的至少一种；
所述偶联剂包覆法中的偶联剂采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述偶联剂与所述自润滑相粉末的质量比为0.01~0.5：1；
所述水热碳化+乳液模板法中以碳源和所述自润滑相粉末为原料，以辛胺为添加剂；所述自润滑相粉末与所述碳源的质量比为0.01~0.2：1，所述辛胺与所述碳源的质量比为0.05~1：1；
所述碳源为淀粉、葡萄糖、柠檬酸、麦芽糖中的至少一种；
所述制件组织由以下部分组成：按质量百分比计，75.0~97.0%的α-Ti基体相、1.0~7.0%SiC增强相、1.5~14.0%自润滑相以及0.5~4.0% TiC。
2.根据权利要求1所述的自润滑耐磨钛基复合材料制件，其特征在于，所述制件的磨损体积≤0.079mm3，磨损率为1.2×10-12~2.4×10-12m3/N·m，磨痕宽度为340~700μm。
3.根据权利要求1或2所述的自润滑耐磨钛基复合材料制件，其特征在于，所述制件的致密度≥99.0%，抗拉强度为700~800MPa，规定塑性延伸强度为620~660MPa，断后伸长率为3.0%~5.0%，断面收缩率为3.0%~6.0%。
4.一种制备权利要求1-3任一项所述的自润滑耐磨钛基复合材料制件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在自润滑相粉末表面形成保护膜，然后将其与TC4粉末、SiC粉末混合，之后依次进行冷等静压成型和真空烧结，得到所述的自润滑耐磨钛基复合材料制件；其中，
所述保护膜为有机物膜或碳膜，所述有机物膜为利用偶联剂包覆法形成，所述碳膜为利用水热碳化+乳液模板法形成；
所述自润滑相粉末为MoS2粉末、WS2粉末中的至少一种；
所述偶联剂包覆法中的偶联剂采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述偶联剂与所述自润滑相粉末的质量比为0.01~0.5：1；
所述水热碳化+乳液模板法中以碳源和所述自润滑相粉末为原料，以辛胺为添加剂；所述自润滑相粉末与所述碳源的质量比为0.01~0.2：1，所述辛胺与所述碳源的质量比为0.05~1：1；
所述碳源为淀粉、葡萄糖、柠檬酸、麦芽糖中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述冷等静压成型的压制参数为：油压，压力为200~300MPa，保压时间为2~10min。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述真空烧结的工艺条件为：升温速率10~20℃/min，烧结温度1100~1300℃，真空度为10-2~10-4Pa，保温时间90~150min。
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