一种钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的制备方法及产品技术

本发明专利技术涉及一种钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的制备方法及产品，属于镁合金材料技术领域。该方法具体为：首先将TC4钛合金球形粉末与Mg

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的制备方法及产品


[0001]本专利技术属于镁合金材料
，具体涉及一种钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的制备方法及产品。

技术介绍

[0002]镁合金是目前可应用的最轻的金属结构材料，但与钢铁和铝合金等金属结构材料相比，镁合金的绝对强度和刚度偏低，导致镁合金的应用受限。由于稀土元素的固溶强化和析出强化作用，稀土镁合金具有比一般(AZ系等)镁合金更高的强度，有望满足航空航天等领域对材料高强度、轻量化的要求，但还是需要在保证强度的基础上能够进一步提上稀土镁合金的塑性，以提高其综合力学性能。
[0003]合金中加入第二相颗粒能够进一步提高材料力学性能，目前常用的第二相的增强相颗粒主要有非金属颗粒和金属颗粒，非金属颗粒(如SiC、TiC、Al2O3、TiB2、B4C、AlN等)可有效提高镁合金的强度和刚度，但塑性一般较差，这是因为陶瓷颗粒与镁基体润湿性差，难以形成较好的界面结合，造成界面处应力高度集中，从而导致材料过早断裂。金属颗粒(如Ti颗粒)具有与镁基体相似的晶体结构，较好的润湿性，能够协调基体变形，从而可以在不大幅度牺牲塑性的前提下提高材料的强度。但目前利用第二相颗粒提升稀土镁合金力学性能的研究相对较少，寻求能够提升稀土镁合金的综合力学性能的第二相颗粒显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的制备方法；目的之二在于提供一种钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]1、一种钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的制备方法，所述制备方法如下：
[0007]S1、按质量百分比配料：TC4钛合金球形粉末2
‑
10wt.％，余量为Mg
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金粉末，将所述TC4钛合金球形粉末与Mg
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金粉末在保护气氛下球磨，获得混合粉末；
[0008]S2、将所述混合粉末置于模具后热压烧结，获得坯料；
[0009]S3、将所述坯料固溶、时效处理后冷却至室温，即可。
[0010]优选的，步骤S1中，所述Mg
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金粉末中各成分的质量百分比为：5
‑
15wt.％Gd、1
‑
2％Zn、0.1
‑
0.5％Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。
[0011]优选的，步骤S1中，所述保护气氛下球磨具体为：氩气气氛下，按球料比5
‑
10:1，以50
‑
100rpm的转速球磨3
‑
5h。
[0012]优选的，步骤S2中，所述热压烧结具体为：将所述模具置于真空热压炉中，抽真空至小于等于20Pa，热压压头预先加压至5MPa，随后加压至80
‑
100MPa，以80
‑
100℃/min的升温速率升温至390
‑
420℃后，再以20
‑
35℃/min的升温速率升温至485
‑
495℃，最后以小于等
于1℃/min的升温速率升温至500℃，保温保压5
‑
10min后，降温卸压，冷却至室温。
[0013]优选的，所述冷却为炉冷。
[0014]优选的，步骤S3中，所述固溶具体为：于480
‑
520℃下固溶10
‑
12h。
[0015]优选的，步骤S3中，所述时效具体为：于200℃下时效1
‑
128h。
[0016]优选的，步骤S1中，所述冷却为水淬冷却或空冷。
[0017]优选的，所述TC4钛合金球形粉末的粒度小于25μm，所述Mg
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金粉末的粒度为50
‑
100μm。
[0018]2、由所述的方法制备的钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料。
[0019]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的制备方法及产品，该方法中选用TC4(Ti
‑
6Al
‑
4V合金)颗粒作为增强体，由于钛、镁同为六方结构，镁与钛原子之间更容易结合，有利于形成良好的镁
‑
钛界面，从而有利于载荷在镁基体和钛颗粒之间的传递，减少界面处应力集中引起的材料断裂，此外，载荷从镁基体传递到钛颗粒有利于发挥钛颗粒的协同变形作用，从而提高复合材料的塑性。更重要的是，TC4颗粒能够促进稀土镁合金中β相以及LPSO相的生成，使稀土镁合金基体中出现更多的β相和LPSO相，两种相在后期固溶过程中先固溶回基体内，在时效时便能够析出更多的纳米析出相，纳米析出相一方面能够阻碍变形过程中的位错运动，造成位错塞集，从而引起加工硬化。此外，位错绕过或者切割纳米析出相需要额外能量或应力，从而提高材料强度。并且通过合理控制TC4颗粒的用量，可以保证TC4颗粒在基体中的均匀分布，能最大程度上减弱TC4颗粒在基体中的堆积趋势，因为若TC4颗粒含量过少，对基体的强化效果将不佳，而TC4颗粒含量过多，则球磨过程中不容易分散均匀，从而引起TC4颗粒团聚，恶化材料力学性能。另外，通过采用粉末冶金工艺，可以使TC4在基体中均匀分散，采用热压烧结工艺，一方面可以获得致密度更高的坯料，另一方面可以使β相更多的以颗粒状形式呈现，而更少的以网格状的形式呈现，可以使获得的坯料具有较好的力学性能，因为β相沿着晶界析出后形成网状结构后会导致材料在变形过程中过早的沿着晶界断裂，不利于提高材料的力学性能，而颗粒状β相能够在变形过程中阻碍位错运动从而提高材料的强度。该制备工艺流程简单，能耗更少且生产耗时短，成本低，有利于工业化大规模生产，具有良好的应用前景和经济效益。
[0020]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0022]图1为实施例1中制备的钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的坯料在200倍下的SEM图；
[0023]图2为实施例1中制备的钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的坯料在2000倍下的SEM图；
[0024]图3为对比例1中制备的稀土镁基材料的坯料在2000倍下的SEM图；
[0025]图4为实施例1和对比例1中制备的稀土镁基材料的TEM图；
[0026]图5为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金颗粒增强稀土镁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：S1、按质量百分比配料：TC4钛合金球形粉末2
‑
10wt.％，余量为Mg
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金粉末，将所述TC4钛合金球形粉末与Mg
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金粉末在保护气氛下球磨，获得混合粉末；S2、将所述混合粉末置于模具后热压烧结，获得坯料；S3、将所述坯料固溶、时效处理后冷却至室温，即可。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述Mg
‑
Gd
‑
Zn
‑
Zr合金粉末中各成分的质量百分比为：5
‑
15wt.％Gd、1
‑
2％Zn、0.1
‑
0.5％Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述保护气氛下球磨具体为：氩气气氛下，按球料比5
‑
10:1，以50
‑
100rpm的转速球磨3
‑
5h。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述热压烧结具体为：将所述模具置于真空热压炉中，抽真空至小于等于20P...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建波，陈旭，王毅涛，罗欢，王海清，陈先华，谭军，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：