一种纳米TiB增强钛基复合粉末及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属复合材料技术领域，特别涉及一种纳米TiB增强钛基复合粉末及其制备方法。该纳米TiB增强钛基复合粉末的制备方法包括如下步骤：步骤一，将钛合金粉末和增强体粉末混合均匀，得到混合物；步骤二，将所述混合物进行真空反应热压烧结处理，得到烧结体；步骤三，对所述烧结体进行加热旋转处理，以使受热熔融的烧结体旋出得到熔融液滴，将所述熔融液滴进行冷却后得到所述纳米TiB增强钛基复合粉末。本发明专利技术提供的纳米TiB增强钛基复合粉末的制备方法，能够使制备的纳米TiB增强钛基复合粉末的球形度高，粒径范围窄，且内部增强相分布均匀。布均匀。布均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米TiB增强钛基复合粉末及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属基复合材料
，特别涉及一种纳米TiB增强钛基复合粉末及其制备方法。

技术介绍

[0002]钛基复合材料具有高比强度、耐高温等优异性能，是未来应用于航空航天
的重要材料。钛基复合材料主要以钛合金粉末和陶瓷增强体粉末的机械混合物作为原料，但该机械混合物的粉末内部并没有陶瓷相，陶瓷颗粒仅附着于钛合金粉末表面，进而限制了钛基复合材料组织调控的范围和陶瓷增强体的强化效果，并很大程度的降低了材料的塑性。现有技术中若要在机械混合粉末内部引入陶瓷增强体，则需要以极细的钛合金粉末为原料并加以很高的球磨能量来实现，但这不仅增加了材料成本，也加大了粉末氧化的风险，最终制得的粉末也会由于高能量也会发生变形，球形度下降。
[0003]公开号为CN110340371A的中国专利公开了一种颗粒增强钛基复合材料增材制造用粉末的制备方法，先以熔炼法制备钛基复合材料块体材料，再通过气雾化制粉方式制成钛基复合粉末。但是该方法存在三个缺点：第一，熔炼过程中钛基复合材料均匀性较差，易形成宏观不均匀的组织，进而会导致后续制得的钛基复合粉末均匀性差；若要提高均匀性，则需多次熔炼，不仅延长了制备周期，也提高了制备难度，还会加大钛基复合材料氧化的风险；第二，熔炼后的钛基复合材料的块体需要锻造成形，并机加工成棒材，增加了制粉步骤，也造成了材料的浪费；第三，气雾化制粉的冷却速率较低，制得的粉末极易形成球体粘连，且粉末质量较低，内部易出现孔洞，获得的粉末粒度范围也较宽、不均一。<br/>
技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种纳米TiB增强钛基复合粉末及其制备方法，提供的纳米TiB增强钛基复合粉末的球形度高，粒径范围窄，内部增强相分布均匀。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种纳米TiB增强钛基复合粉末的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一：将钛合金粉末和增强体粉末混合均匀，得到混合物；
[0007]步骤二：将所述混合物进行真空反应热压烧结处理，得到烧结体；
[0008]步骤三：对所述烧结体进行加热旋转处理，以使受热熔融的烧结体旋出得到熔融液滴，将所述熔融液滴进行冷却后得到所述纳米TiB增强钛基复合粉末。
[0009]优选地，在步骤一中，所述钛合金粉末为TC4钛合金粉末或TA15钛合金粉末，所述增强体粉末为TiB2粉末或硼粉末。
[0010]优选地，所述钛合金粉末的粒径为100
‑
200μm，所述TiB2粉末的粒径为3
‑
5μm，所述硼粉末的粒径为0.5
‑
1μm。
[0011]优选地，在步骤一中，包括：
[0012]将所述钛合金粉末和所述增强体粉末在氩气环境中进行球磨处理4
‑
8h，所述球磨
处理的转速为200
‑
250r/min，球料比为(3
‑
5):1。
[0013]优选地，在步骤二中，所述真空反应热压烧结处理的温度为1150
‑
1300℃，压力为20
‑
30Mpa，真空度＜5
×
10
‑2Pa，时间为0.5
‑
2h。
[0014]优选地，在步骤三中，所述加热旋转处理的加热温度为2800
‑
3400℃，旋转速度为20000
‑
30000r/min。
[0015]优选地，在步骤二中，包括：将所述混合物装入匹配模具中进行所述真空反应热压烧结；
[0016]在步骤三中，包括：将所述烧结体固定于等离子旋转电极雾化制粉设备的旋转装夹上，所述旋转装夹用于使所述烧结体旋转；
[0017]其中，所述匹配模具的尺寸与所述旋转装夹的尺寸相匹配，以使所述烧结体固定于所述旋转装夹上。
[0018]优选地，所述匹配模具采用石墨制备得到。
[0019]优选地，在步骤三中，包括：
[0020]将所述烧结体固定于所述旋转装夹上，并于氩气环境下，将所述等离子旋转电极雾化制粉设备的电流调节至600
‑
800A，以及设置所述旋转装夹的转速为20000
‑
30000r/min，设置所述烧结体的进给速度为1.5
‑
3mm/s，以使受热熔融的烧结体旋出得到熔融液滴；
[0021]将所述熔融液滴进行冷却后得到所述纳米TiB增强钛基复合粉末。
[0022]第二方面，本专利技术提供了一种纳米TiB增强钛基复合粉末，根据第一方面中任一所述的制备方法制备得到。
[0023]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0024]在本专利技术中，先将钛合金粉末和增强体粉末混合均匀，使钛合金粉末和增强体粉末在宏观上混合均匀并得到机械混合物，然后将机械混合物进行真空反应热压烧结处理，使增强体粉末中的硼元素与钛元素发生原位自生反应，得到包括微米级的增强相的烧结体。
[0025]在本专利技术中，将烧结体加热，使烧结体的表面熔融，然后旋转烧结体，使熔融的烧结体在离心力的作用下被甩出形成多个熔融液滴，熔融液滴经冷凝后得到纳米TiB增强钛基复合粉末，由于纳米TiB增强钛基复合粉末是经由熔融液滴冷凝形成的，液滴依靠表面张力团聚为球形，因此，生成的粉末为球形，避免了多颗球体粘连的情况；由于粉末的颗粒由熔融的液滴冷凝形成，因此，形成的粉末粒度区间窄；熔融的液滴快速冷却，冷却速度可达到103‑
104℃/s，液滴在快速冷凝时，钛元素成核率高，钛元素优先成核结晶，B元素被推挤至晶界并发生反应形成TiB。由于冷却速度快，增强相尺寸小，因此得到内部具有纳米级增强相的颗粒。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本专利技术实施例提供的一种增强相含量为1vol％的纳米TiB增强钛基复合粉
末的表面显微图像；
[0028]图2是本专利技术实施例提供的另一种增强相含量为1vol％的纳米TiB增强钛基复合粉末的表面显微图像；
[0029]图3是本专利技术实施例提供的又一种增强相含量为1vol％的纳米TiB增强钛基复合粉末的表面显微图像；
[0030]图4是本专利技术实施例提供的一种增强相含量为1vol％的纳米TiB增强钛基复合粉末的截面显微图像；
[0031]图5是本专利技术实施例提供的另一种增强相含量为1vol％的纳米TiB增强钛基复合粉末的截面显微图像；
[0032]图6是本专利技术实施例提供的又一种增强相含量为1vol％的纳米TiB增强钛基复合粉末的截面显微图像。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施例的目的、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米TiB增强钛基复合粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将钛合金粉末和增强体粉末混合均匀，得到混合物；步骤二：将所述混合物进行真空反应热压烧结处理，得到烧结体；步骤三：对所述烧结体进行加热旋转处理，以使受热熔融的烧结体旋出得到熔融液滴，将所述熔融液滴进行冷却后得到所述纳米TiB增强钛基复合粉末。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述钛合金粉末为TC4钛合金粉末或TA15钛合金粉末，所述增强体粉末为TiB2粉末或硼粉末。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金粉末的粒径为100
‑
200μm，所述TiB2粉末的粒径为3
‑
5μm，所述硼粉末的粒径为0.5
‑
1μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，包括：将所述钛合金粉末和所述增强体粉末在氩气环境中进行球磨处理4
‑
8h，所述球磨处理的转速为200
‑
250r/min，球料比为3
‑
5):1。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述真空反应热压烧结处理的温度为1150
‑
1300℃，压力为20
‑
30Mpa，真空度＜5
×
10
‑2Pa...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，黄陆军，任建强，孙枫泊，麻子硕，韩亚坤，安琦，耿林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：