ＴｉＢｗ／Ｔｉ合金基复合材料的制备方法技术

ＴｉＢｗ／Ｔｉ合金基复合材料的制备方法，它涉及一种钛合金基复合材料的制备方法。本发明专利技术提供了一种钛合金基复合材料的制备方法，解决了现有技术制备钛合金基复合材料存在的塑性指标差、工艺繁琐、成本高等问题。钛合金基复合材料按以下步骤制备：一、机械混粉：按质量百分比将ＴｉＢ↓［２］粉和钛合金粉用球磨机进行机械混粉，混粉时间为４～１２小时；二、热压烧结：将混好的复合粉末装入抽真空的密闭容器中进行热压烧结，温度从室温直接加热到１１００～１５００℃，保持压力为１５～３０ＭＰａ，保压时间为０．５～５小时，冷却到室温后即可得到钛合金基复合材料。本发明专利技术所用基体为１８０～３００μｍ的大粒径钛合金粉，有效降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛合金基复合材料的制备方法。技术背景由于在钛中加入了其它元素，钛合金的许多性能明显优于纯钛，因此钛合 金基复合材料比纯钛基复合材料具有更为广阔的应用前景。目前能耗低，工艺 相对简单、容易实现的钛合金基复合材料的制备方法有熔铸法和粉末冶金法。 熔铸法制备的钛合金基复合材料存在易出现縮孔、烧损以及组织粗大等缺陷， 导致塑性较低，拉伸强度不高。粉末冶金法虽然解决了熔铸法存在的缺陷，但 由于本领域技术人员普遍认为粉末冶金法中所用的钛合金粉粒径在150pm以 下才能保证钛合金基复合材料的性能，基体和增强体粉末粒径越小，混合越均 匀，所制得的产品的性能就越稳定、越好。目前制备小粒径钛合金粉末的工艺 难度大、成本高，导致下游产品价格昂贵，所以一般少有人采用粉末冶金法制 备钛合金基复合材料，而且所制出的材料需要二次加工才能得到高力学性能的^z: 口广口口 o
技术实现思路
本专利技术提供了一种钛合金基复合材料的制备方法，解决了现有粉末冶金法 生产钛合金基复合材料需要使用高成本的小粒径钛合金粉末，而且还需要二次 加工才能提高产品力学性能的问题。TiBWTi合金基复合材料按以下步骤制备 一、机械混粉按质量百分比将1.01%~6.06%的TiB2粉和98.99% 93.94%的钛合金粉用球磨机进行机械混 粉，混粉时间为4 12小时；二、热压烧结将混好的复合粉末装入抽真空的 密闭容器中进行热压烧结，温度从室温直接加热到1100 1500。C，.保持压力为 15 !30MPa，保压时间为0.5~5小时，冷却到室温后即可得到钛合金基复合材 料；其中，步骤一中Ti合金粉的粒度为180 30(^m，TiB2合金的粒度为2 5^im。 本专利技术克服了粉末冶金法认为钛合金粉和增强体颗粒越细小越好的偏见， 所用钛合金原料的粒度为180~30(^m，价格不到小粒度钛合金粉(粒径小于100pm)的四分之一，有效降低了原料成本，所制得的钛合金基复合材料无需 二次加工拉伸强度就可达到1000MPa以上，与用小粒径高成本的钛合金粉(粒 径小于100nm)制备的钛合金基复合材料的抗拉强度相当。本专利技术用球磨机混 粉后，TiB2粉末均匀的附着在大粒径的钛合金粉周围，在进行真空热压烧结以 后，这些TiB2粉通过Ti+TiB2=TiB反应生成TiB晶须，使钛合金颗粒和TiBw 整合为一体TiB晶须具有高的弹性模量，为550GPa，是钛的5倍；且TiB 和Ti合金粉的密度相近，分别为4.50g/cn^和4.45g/cm3，热膨胀系数相差小， 保证了复合材料在高温下的稳定性和致密性；由于TiB晶须是原位自生得到， 扎根于钛合金颗粒中，能像"销子" 一样深深的嵌入到Ti合金基体中，将较 大的钛合金粉末牢固地连接在一起，充分发挥出TiB晶须增强的效果；晶须在 钛合金相变点以上生成，且扎根于钛合金颗粒中，在钛合金降温发生晶格转变 过程中，可在更多的形核质点上形核，随炉冷却后得到的是等轴状的a+p组织， 这保证了钛合金基复合材料的良好塑性；本专利技术晶须之间有自生长的相互连 接，这能有效提高产品的强度。本专利技术中，由于机械混粉所用能量不高，不必要用过程控制剂来避免原料 的粘结成块，机械混粉后不需要进行脱气就可进行热压烧结得到产品，縮短了 工艺流程，降低了生产成本。热压烧结温度为1100~1500°C，比自蔓延高温合 成法的180(TC低了 300~700°C。由于烧结压力小，仅为20MPa，可以将机械 混粉后的粉末装入复杂形状的模具中，直接热压烧结出相应形状的产品，解决 了熔铸法中难以克服的縮孔、烧损、塑性低且强度不高等问题，也解决了粉末 冶金法二次加工后难以制备形状复杂零件的问题。整个制备过程对原料、工艺 参数的精度要求不高，便于操作。附图说明图1是具体实施方式十所得钛合金基复合材料的200倍扫描电镜照片； 图2是具体实施方式十所得钛合金基复合材料的500倍扫描电镜照片； 图3是具体实施方式十所得钛合金基复合材料中的晶须3000倍扫描电镜 照片；图4是具体实施方式十所得钛合金基复合材料中的晶须5000倍扫描电镜 照片。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方 式间的任意组合。具体实施方式一本实施方式TiBw/Ti合金基复合材料按以下步骤制备 一、机械混粉按质量百分比将1.01%~6.06%的TiB2粉和98.99% 93.94%的 钛合金粉用球磨机进行机械混粉，混粉时间为4 12小时；二、热压烧结将 混好的复合粉末装入抽真空的密闭容器中进行热压烧结，温度从室温直接加热 到1100~1500°C，保持压力为15 30MPa，保压时间为0.5~5小时，冷却到室 温后即可得到钛合金基复合材料；其中，步骤一中Ti合金粉的粒度为 180 300j^n， TiB2合金的粒度为2 5^m。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤一中的钛合金选自a+(3型双相高强钛合金TC4 TC21系列。其它步骤及参数与实施 方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤一中的钛合金选自近a型高温钛合金的TA15 TA19系列。其它步骤及参数与实施方 式一相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤一中Ti合金的粒度为180-250^im。其它步骤及参数与实施方式一相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤一中 Ti合金的粒度为251~300^im。其它步骤及参数与实施方式一相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤一中球磨混粉的条件是球料比为4:1、转速为200转/min、混粉时间为8小时。其 它步骤及参数与实施方式一相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤二中的 温度从室温直接加热到1200~1400°C，保持压力为20 25MPa。其它步骤及参 数与实施方式一相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤二中加压烧结炉的真空度在5xlO-4~5xlO-2Pa。其它步骤及参数与实施方式一相同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤二中的保压时间为1 3小时。其它步骤及参数与实施方式一相同。具体实施方式十本实施方式TiBw/Ti合金基复合材料按以下步骤制备 一、机械混粉按质量百分比将3.03。/()的TiB2粉和96.97。/。的钛合金粉混合， 所用Ti合金粉为a+p型双相高强钛合金TC4 TC21系列中的Ti-6A1-4V (TC4)， 混粉时间为8小时；二、热压烧结将混好的复合粉末装入抽真空的密闭容器 中进行热压烧结，温度从室温直接加热到1200°C，保持压力为20MPa，保压 时间为1.5小时，冷却到室温后即可得到钛合金基复合材料；其中，步骤一中 Ti合金粉的粒度为180~250nm， TiB2合金的粒度为2~5pm。对本实施方式制备的钛合金基复合材料进行扫描电镜分析，如图1、图2、 图3、图4所示。图l是钛合金基复合材料的200倍扫描电镜照片，它表明钛 合金复合材料是一个结构均一的整体；图2是钛合金基复合材料的500倍扫描 电镜照片，它表明TiBw原位自生得到的TiB晶须像销子一样扎根于钛合金颗 粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＴｉＢｗ／Ｔｉ合金基复合材料的制备方法，其特征在于ＴｉＢｗ／Ｔｉ合金基复合材料按以下步骤制备：一、机械混粉：按质量百分比将１．０１％～６．０６％的ＴｉＢ↓［２］粉和９８．９９％～９３．９４％的钛合金粉用球磨机进行机械混粉，混粉时间为４～１２小时；二、热压烧结：将混好的复合粉末装入抽真空的密闭容器中进行热压烧结，温度从室温直接加热到１１００～１５００℃，保持压力为１５～３０ＭＰａ，保压时间为０．５～５小时，冷却到室温后即可得到钛合金基复合材料；其中，步骤一中Ｔｉ合金粉的粒度为１８０～３００μｍ，ＴｉＢ↓［２］合金的粒度为２～５μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿林，黄陆军，张杰，李爱滨，郑镇洙，王桂松，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]