复合钛粉与钛基复合材料及其制备方法技术

本申请涉及复合钛粉与钛基复合材料及其制备方法。所述制备复合钛粉的方法包括：a)利用研磨的方式使TiB2粉末包覆在TC4颗粒的表层，以便获得TC4/TiB2核壳结构的初步粉体；b)将所述初步粉体置于抽真空并充惰性气体保护的容器中；c)将所述容器直接放置到高温环境中，并保温一定时间，以便在所述初步粉体表层生成TiB晶须；以及d)到达保温时间后，使所述容器脱离高温环境并冷却，从而得到所述复合钛粉。

【技术实现步骤摘要】
复合钛粉与钛基复合材料及其制备方法
本申请大体上涉及材料学领域。具体地，本申请涉及复合钛粉与钛基复合材料。
技术介绍
钛基复合材料具有比钛合金更高的比强度和比模量，具有极佳的疲劳和蠕变性能，并克服了原钛合金耐磨性及高温性能差等缺点。特别是具有增强相包围在球形基体周围形成的结构具有较好的强韧性配合，理论上较普通钛基复合材料具有更为优异的强度及塑形变形能力。而基于“离散/堆积”原理发展起来的快速成形技术无疑是未来复合材料的重大发展趋势，却由于缺少适配的特种复合粉体而难以直接制备出具有特殊微观结构的钛基复合材料。
技术实现思路
一方面，本申请涉及制备复合钛粉的方法，其包括：a)利用研磨的方式使TiB2粉末包覆在TC4颗粒的表层，以便获得TC4/TiB2核壳结构的初步粉体；b)将所述初步粉体置于抽真空并充惰性气体保护的容器中；c)将所述容器直接放置到高温环境中，并保温一定时间，以便在所述初步粉体表层生成TiB晶须；以及d)到达保温时间后，使所述容器脱离高温环境并冷却，从而得到所述复合钛粉。另一方面，本申请涉及复合钛粉，其由包括以下步骤的方法制备得到：a)利用研磨的方式使TiB2粉末包覆在TC4颗粒的表层，以便获得TC4/TiB2核壳结构的初步粉体；b)将所述初步粉体置于抽真空并充惰性气体保护的容器中；c)将所述容器直接放置到高温环境中，并保温一定时间，以便在所述初步粉体表层生成TiB晶须；以及d)到达保温时间后，使所述容器脱离高温环境并冷却，从而得到所述复合钛粉。再一方面，本申请涉及制备钛基复合材料的方法，其包括：a)利用研磨的方式使TiB2粉末包覆在TC4颗粒的表层，以便获得TC4/TiB2核壳结构的初步粉体；b)将所述初步粉体置于抽真空并充惰性气体保护的容器中；c)将所述容器直接放置到高温环境中，并保温一定时间，以便在所述初步粉体表层生成TiB晶须；d)到达保温时间后，使所述容器脱离高温环境并冷却，从而得到复合钛粉；以及e)对所述复合钛粉进行高能激光加热，从而得到所述钛基复合材料。又一方面，本申请涉及钛基复合材料，其由包括以下步骤的方法制备得到：a)利用研磨的方式使TiB2粉末包覆在TC4颗粒的表层，以便获得TC4/TiB2核壳结构的初步粉体；b)将所述初步粉体置于抽真空并充惰性气体保护的容器中；c)将所述容器直接放置到高温环境中，并保温一定时间，以便在所述初步粉体表层生成TiB晶须；d)到达保温时间后，使所述容器脱离高温环境并冷却，从而得到复合钛粉；以及e)对所述复合钛粉进行高能激光加热，从而得到所述钛基复合材料。附图说明图1(a)和(b)分别为本公开实施例1所得的复合钛粉的微观表面形貌及截面显微组织，(c)和(d)分别为利用所得复合粉体作为原料，利用高能激光加热后所获得材料的显微组织组织。图2(a)和(b)分别为本公开实施例2所得的复合钛粉的微观表面形貌及截面显微组织，(c)和(d)分别为利用所得复合粉体作为原料，利用高能激光加热后所获得材料的显微组织组织。图3(a)和(b)分别为本公开实施例3所得的特种复合钛粉的微观表面形貌及截面显微组织，(c)和(d)分别为利用所得复合粉体作为原料，利用高能激光加热后所获得材料的显微组织组织。具体实施方式在以下的说明中，包括某些具体的细节以对各个公开的实施方案提供全面的理解。然而，相关领域的技术人员会认识到，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其它方法、部件、材料等的情况下可实现实施方案。除非本公开中另外要求，在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”和“包含”应解释为开放式的、含括式的意义，即“包括但不限于”。在整个本公开中提到的“一实施方案”或“实施方案”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”意指在至少一实施方案中包括与该实施方案所述的相关的具体参考要素、结构或特征。因此，在整个公开中不同位置出现的短语“在一实施方案中”或“在实施方案中”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”不必全部指同一实施方案。此外，具体要素、结构或特征可以任何适当的方式在一个或多个实施方案中结合。定义在本文中，术语“TC4”系指组成为Ti-6Al-4V的钛合金材料，属于(α+β)型钛合金。在本文中，术语“TC4/TiB嵌入式准包覆型复合钛粉”系指一种表层TiB增强体呈短纤维状、离散钉扎分布而芯部则为原始基体组织结构的TC4/TiB嵌入式准包覆型复合钛粉。每一颗复合粉体均由芯部的合金基体颗粒及外层钉扎分布的陶瓷增强体相互组成，在极小的微观结构单元内将金属、陶瓷两相相互组合，粉体芯部整体表现为增强体贫化区，而表层则显现为增强体密集团聚层，在单颗复合粉体内部呈现出微观薄层区梯度效果。在本文中，术语“TiB增强体”系指TiB晶须。在本文中，术语“短纤维状”系指具有一定长径比的、非连续、短棒状纤维。在本文中，术语“离散钉扎”系指各TiB晶须相互分散、向颗粒内部嵌入分布，而不是一个连续的壳体。在本文中，术语“微观增强体可控的分布”系指微观硬质增强相钉扎包围在球形基体周围，沿原粉体界面呈准连续网状结构分布、原粉体内部呈梯度分布特征。具体实施方案一方面，本申请涉及制备复合钛粉的方法，其包括：a)利用研磨的方式使TiB2粉末包覆在TC4颗粒的表层，以便获得TC4/TiB2核壳结构的初步粉体；b)将所述初步粉体置于抽真空并充惰性气体保护的容器中；c)将所述容器直接放置到高温环境中，并保温一定时间，以便在所述初步粉体表层生成TiB晶须；以及d)到达保温时间后，使所述容器脱离高温环境并冷却，从而得到所述复合钛粉。能够用于本申请的示例性的研磨方式包括但不限于球磨、振动、搅拌。能够用于本申请的示例性的球磨包括但不限于机械球磨。能够用于本申请的示例性的振动包括但不限于机械振动。能够用于本申请的示例性的搅拌包括但不限于机械搅拌。在某些实施方案中，球磨频率约为15-40Hz。在某些实施方案中，球磨频率约为20-40Hz。在某些实施方案中，球磨频率约为25-40Hz。在某些实施方案中，球磨时间约为4-10小时。在某些实施方案中，球磨时间约为6-10小时。在某些实施方案中，球磨时间约为8-10小时。在某些实施方案中，球料质量比约为3:1-8:1。在某些实施方案中，球料质量比约为5:1-8:1。在某些实施方案中，在TC4颗粒表层形成机械粘附状态的TiB2壳层。在某些实施方案中，抽真空的真空度约为5-102Pa。在某些实施方案中，抽真空的真空度约为5-30Pa。在某些实施方案中，抽真空的真空度约为5-40Pa。在某些实施方案中，抽真空的真空度约为5-60Pa。能够用于本申请的惰性气体的示例性实例包括但不限于氩气、氖气。在某些实施方案中，惰性气体的气压约为0.04-0.09MPa。在某些实施方案中，惰性气体的气压约为0.08-0.085MPa。在某些实施方案中，惰性气体的气压约为0.08-0.09MPa。在某些实施方案中，惰性气体的气压约为0.07-0.08MPa。能够用于本申请的容器的示例性实例包括但不限于石英容器各类合金、陶瓷容器等耐高温容器。能够用于本申请的置入高温环境的方式的示例性实例包括但不限于到温入炉、随炉快速升温、感应加热、微波加热、激光加热。在某些实施方案中，高温环境的温度约为1000℃-12本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备复合钛粉的方法，其包括：a)利用研磨的方式使TiB2粉末包覆在TC4颗粒的表层，以便获得TC4/TiB2核壳结构的初步粉体；b)将所述初步粉体置于抽真空并充惰性气体保护的容器中；c)将所述容器直接放置到高温环境中，并保温一定时间，以便在所述初步粉体表层生成TiB晶须；以及d)到达保温时间后，使所述容器脱离高温环境并冷却，从而得到所述复合钛粉。

【技术特征摘要】
1.制备钛基复合材料的方法，其包括：a)利用研磨的方式使TiB2粉末包覆在TC4颗粒的表层，以便获得TC4/TiB2核壳结构的初步粉体；b)将所述初步粉体置于抽真空并充惰性气体保护的容器中；c)将所述容器直接放置到高温环境中，并保温一定时间，以便在所述初步粉体表层生成TiB晶须；d)到达保温时间后，使所述容器脱离高温环境并冷却，从而得到复合钛粉；以及e)对所述的复合钛粉进行高能激光加热，从而得到所述钛基复合材料。2.如权利要求1所述的方法，其中所述研磨为球磨、振动或搅拌。3.如权利要求1所述的方法，其中所述研磨为机械球磨、机械振动或机械搅拌。4.如权利要求2所述的方法，其中球磨频率为15-40Hz，球磨时间为4-10小时，球料质量比为3:1-8:1。5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其中所述抽真空的真空度为5-102Pa，所述惰性气体的气压为0.04-0.09MPa。6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其中所述惰性气体为氩气或氖气。7.如权利要求5所述的方法，其中所述惰性气体为氩气或氖气。8.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其中所述高温环境的温度为1000℃-1250℃，以到温入炉、随炉快速升温、感应加热、微波加热或激光加热的方式置入到所述高温环境中，保温时间为20-180分钟。9.如权利要求5所述的方法，其中所述高温环境的温度为1000℃-1250℃，以到温入炉、随炉快速升温、感应加热、微波加热或激光加热的方式置入到所述高温环境中，保温时间为20-180分钟。10.如权利要求6所述的方法，其中所述高温环境的温度为1000℃-1250℃，以到温入炉、随炉快速升温、感应加热、微波加热或激光加热的方式置入到所述高温环境中，保温时间为20-180分钟。11.如权利要求7所述的方法，其中所述高温环境的温度为1000℃-1250℃，以到温入炉、随炉快速升温、感应加热、微波加热或激光加热的方式置入到所述高温环境中，保温时间为20-180分钟。12.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其中所述冷却为空冷、液氮冷却、沙坑冷却、随炉冷却或放入保温箱中的冷却。13.如权利要求5所述的方法，其中所述冷却为空冷、液氮冷却、沙坑冷却、随炉冷却或放入保温箱中的冷却。14.如权利要求6所述的方法，其中所述冷却为空冷、液氮冷却、沙坑冷却、随炉冷却或放入保温箱中的冷却。15.如权利要求7所述的方法，其中所述冷却为空冷、液氮冷却、沙坑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文丛，崔国荣，杨博，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37