一种高强度Ti-ZrO制造技术

本发明专利技术提供一种高强度Ti‑ZrO

【技术实现步骤摘要】
一种高强度Ti-ZrO2-B4C体系复合材料的制备方法
本专利技术属于钛基复合材料
，具体涉及一种高强度Ti-ZrO2-B4C体系复合材料的制备方法。
技术介绍
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，其在自然界中分布特别广，地壳中的含量达到了约0.6％。美国、日本、俄罗斯和中国等许多国家对钛以及钛合金进行了大量研究与开发，使其得到了很多的应用，但是钛合金本身存在生产成本高、硬度偏低和刚度低等缺点，这些在一定程度上限制了它的适用范围。因此为了克服这些局限性，材料的复合化已成为一种必然的趋势。钛基复合材料指的是通过在纯钛或钛合金基体中加入一种或多种增强相而成为具有更优越性能的复合材料；钛合金基体粉末一般是采用气雾化的方法制备获得，价格比较昂贵，纯钛基体粉末则相对便宜很多。以纯Ti-B4C体系制备复合材料很流行，此体系使用的是纯钛基体粉末，性能也很好，但是由于使用的要求更加苛刻，强度无法满足，所以要继续强化；而采用钛合金粉末虽然有望获得更好的强度，但是显然制备钛合金粉末需要的成本更高，因此考虑到经济性，需要利用其他方法对其复合材料进行强化。在众多强化方法中，材料工作者们常采用固溶强化的途径来提高材料的强度。研究证明，Fe、Zr、O和Si等可以固溶到纯钛基体里面，使其晶格产生畸变，达到固溶强化的目的。氧化锆(ZrO2)是一种陶瓷材料，其使用温度高，并且高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、不挥发、无污染；所以可以通过合理的制备方法在纯Ti-B4C体系里面加入第三组元ZrO2，以期产生固溶强化，得到一种高强度Ti-ZrO2-B4C体系复合材料。此复合材料的强度和硬度等性能将变的更加优异，可以更好的应用到工程领域和汽车工业、航空航天等领域，适用于更高性能要求的行业。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度Ti-ZrO2-B4C体系复合材料的制备方法，解决了现有的Ti-B4C体系复合材料，在实际应用中强度较低，不能满足更高使用要求的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种高强度Ti-ZrO2-B4C体系复合材料的制备方法，包括以下几个步骤：步骤1，对粉末进行混粉在纯Ti粉末和B4C粉末混合粉末中加入0.04％-0.12％质量分数的真空泵油后混粉1h，然后再加入ZrO2粉末和氧化锆球在三维震动混粉机继续混粉3h，其中，三维震动混粉机的频率是30-60Hz，得到混合粉末A，球料比为1-3:1，大球比小球为3-4:1；步骤2，混合粉末进行球磨将步骤1得到的混合粉末A和氧化锆球装入球磨罐使用行星式球磨机进行球磨，得到混合粉末B，球料比4-5:1，大球与小球质量比为3-4:1；步骤3，压制成型将步骤2得到的混合粉末B放入模具中进行压制，压制成为坯体C，压制压力为5-15MPa；步骤4，坯体烧结将步骤3得到的坯体C装入石墨模具，采用真空热压烧结炉进行烧结，烧结得到复合材料D，其中，升温速度为8-10℃/min，烧结的压力是20-60MPa，烧结温度为1000-1300℃，烧结时间为2-4h。本专利技术的特点还在于，步骤1中纯Ti粉末粒径为20-30μm，B4C粉末粒径为0.5-1.0μm，ZrO2粉末粒径为1-3μm。步骤1中的B4C粉末的质量占粉末总体质量的1.1％-2.8％，ZrO2粉末的质量占粉末总体质量的0.1％-1.1％，其余为纯Ti粉末。步骤1混粉和步骤2球磨中用到的氧化锆球，其中大球直径为9-11mm，小球直径为5-6mm。步骤2球磨时需在球磨罐中加入质量分数1-3％的无水乙醇，充入保护气体氩气；球磨机转速150-350r/min，球磨时间10-13h，正转30min，停10-13min，再反转30min。步骤3中，压制用到的模具是直径40mm的钢模，保压时间为1-6min。步骤4中，将装好的石墨模具放入真空热压烧结炉的炉腔，检查无误开始抽真空，当真空度小于20Pa的时候开扩散泵，然后开启加热烧结程序，当烧结结束时立即关闭扩散泵，随炉冷却至室温取出所烧结得到的复合材料D。步骤4中，复合材料D的直径为38-40mm，高度为7-8mm。本专利技术的有益效果是，通过本专利技术的制备方法将第三组元ZrO2加入到Ti-B4C体系复合材料中，达到固溶强化的目的，得到的这种Ti-ZrO2-B4C体系复合材料硬度达到了580-620HV，抗压强度最高能够达到2680-3100MPa；不添加第三组元的Ti-B4C体系复合材料硬度只能达到350-400HV，抗压强度2100-2380MPa。很明显加入第三组元ZrO2的Ti-ZrO2-B4C体系复合材料硬度和抗压强度更好，性能更加优异，可以更好的应用到工程领域和汽车工业、航空航天等领域，适用于更高性能要求的行业。附图说明图1是本专利技术实施例1所获得复合材料的2000倍显微组织；图2是本专利技术实施例2所获得复合材料的2000倍显微组织；图3是本专利技术实施例3所获得复合材料的2000倍显微组织。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种高强度Ti-ZrO2-B4C体系复合材料的制备方法，具体包括以下几个步骤：步骤1，对粉末进行混粉按照0.1％-1.1％的质量分数在Ti-B4C粉末里面加入第三组元ZrO2粉末，其中B4C粉末质量占粉末总体质量的1.1％-2.8％，纯Ti粉末粒径为20-30μm，B4C粉末粒径为0.5-1.0μm，ZrO2粉末粒径为1-3μm。称量好所需粉末和混粉时要用到的氧化锆球，球料比为1-3:1，大球比小球为3-4:1，大球直径为9-11mm，小球直径为5-6mm；采用三维震动混粉机进行混粉，三维震动混粉机的频率是30-60Hz，首先在纯Ti粉末和B4C粉末中加入0.04％-0.12％质量分数的真空泵油，混粉1h，然后加入提前准备好的ZrO2粉末和氧化锆球，再混粉3h，得到混合粉末A；步骤2，混合粉末进行球磨将步骤1得到的混合粉末A和所需氧化锆球装入球磨罐，再加入1-3％质量分数的无水乙醇，充入保护气体氩气，然后使用行星式球磨机进行球磨，得到混合粉末B；球料比4-5:1，大球比小球为3-4:1，大球直径为9-11mm，小球直径为5-6mm；球磨机转速150-350r/min，球磨时间10-13h，正转30min，停10-13min，再反转30min；步骤3，压制成型将步骤2得到的混合粉末B放入模具中进行压制，压制成为坯体C，压制过程中保持均匀加压，模具选用直径40mm的钢模，压制压力为5-15MPa，保压时间为1-6min；步骤4，坯体烧结将步骤3得到的坯体C装入石墨模具，放入真空热压烧结炉进行烧结；采用直径为40mm的石墨模具，真空热压烧结炉的升温速度为8-10℃/min，烧结压力是20-60MPa，烧结时间为2-4h，烧结温度为1000-1300℃；将装好的石墨模具放入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度Ti-ZrO

【技术特征摘要】
1.一种高强度Ti-ZrO2-B4C体系复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，对粉末进行混粉
在纯Ti粉末和B4C粉末混合粉末中加入0.04％-0.12％质量分数的真空泵油后混粉1h，然后再加入ZrO2粉末和氧化锆球在三维震动混粉机继续混粉3h，其中，三维震动混粉机的频率是30-60Hz，得到混合粉末A，球料比为1-3:1，大球比小球为3-4:1；
步骤2，混合粉末进行球磨
将步骤1得到的混合粉末A和氧化锆球装入球磨罐使用行星式球磨机进行球磨，得到混合粉末B，球料比4-5:1，大球与小球质量比为3-4:1；
步骤3，压制成型
将步骤2得到的混合粉末B放入模具中进行压制，压制成为坯体C，压制压力为5-15MPa；
步骤4，坯体烧结
将步骤3得到的坯体C装入石墨模具，采用真空热压烧结炉进行烧结，烧结得到复合材料D，其中，升温速度为8-10℃/min，烧结的压力是20-60MPa，烧结温度为1000-1300℃，烧结时间为2-4h。


2.根据权利要求1所述的一种高强度Ti-ZrO2-B4C体系复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中所述纯Ti粉末粒径为20-30μm，B4C粉末粒径为0.5-1.0μm，ZrO2粉末粒径为1-3μm。


3.根据权利要求1所述的一种高强度Ti-ZrO2-B4C体系复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1所述B4C粉末的质量占粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾磊，宋伟，吕振林，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61