一种全片层网状结构TiAl基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全片层网状结构TiAl基复合材料及其制备方法，该方法包括：一、选择球形TiAl预合金粉末、金属粉末和增强体粉末；二、将球形TiAl预合金粉末和金属粉末初次高能球磨处理得到表面具有过渡层的TiAl合金粉末；三、将表面具有过渡层的TiAl合金粉末与增强体粉末二次高能球磨处理得到表面均匀包覆增强体的TiAl合金粉末；四、筛分得到待烧结粉末；五、三段温度烧结。本发明专利技术通过高能球磨引入过渡层，改善了增强体与基体粉末的结合性能，使得增强体粉末均匀包覆在过渡层表面，消除了增强体的球磨团聚现象，获得全片层网状结构TiAl基复合材料，大幅提升了TiAl基复合材料的高温强度和显微组织稳定性。强度和显微组织稳定性。强度和显微组织稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种全片层网状结构TiAl基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于TiAl合金及其复合材料
，具体涉一种全片层网状结构TiAl基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空事业的高速发展，航空发动机推力的提高和减重已成为发动机材料进步的核心驱动力，这要求发动机材料具有更低的密度，以达到减重的目的，同时还得具备良好的耐高温、抗高温氧化以及耐腐蚀性。
[0003]TiAl合金作为一种新型轻质高温结构材料，具有优异的比强度和比模量、良好的高温抗蠕变和抗氧化性能，使用温度可达850℃，成为700℃~900℃温度区间唯一有望替代镍基高温合金的潜在材料。同时，TiAl合金作为一种新型的先进工程材料，还具有较低的密度（3.9g/cm3~4.2g/cm3），在航空航天和汽车工业中得到广泛应用。
[0004]目前TiAl合金的制备方法有铸造成型、定向凝固、熔炼和粉末冶金。但铸造TiAl合金产品的成品率较低，并且存在和熔炼法同样的组织粗大和成分偏析问题。而定向凝固技术还在工艺探索阶段，短期难以应用。粉末冶金能够克服TiAl合金难以加工成型的缺点，还能得到细小均匀的组织，具有广阔的应用前景。目前单一的TiAl合金存在室温塑性差、高温强度不足和高温稳定性差等一系列问题，通过过渡层引入增强相制备具有特殊结构的TiAl基复合材料能够改善这些问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种全片层网状结构TiAl基复合材料的制备方法。该方法采用粉末冶金方法，通过高能球磨引入过渡层，显著改善了增强体与基体粉末的结合性能，使得增强体粉末均匀包覆在过渡层表面，消除了增强体在球磨过程中的团聚现象，获得全片层网状结构TiAl基复合材料，解决了增强体在球磨过程中的团聚问题，提升了TiAl基复合材料的高温强度。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种全片层网状结构TiAl基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、原料准备：选择粒径为50μm~150μm的球形TiAl预合金粉末，选择粒径为50nm~1000nm的金属粉末，选择粒径为50nm~100nm的增强体粉末；步骤二、初次高能球磨处理：将步骤一中的球形TiAl预合金粉末和金属粉末混合均匀得到初次混合粉末，将球磨罐抽真空后通入氩气，然后将初次混合粉末装入通入氩气后的球磨罐中并放置于行星式球磨机中进行初次高能球磨处理，得到表面具有过渡层的TiAl合金粉末；步骤三、二次高能球磨处理：将步骤二中得到的表面具有过渡层的TiAl合金粉末与步骤一中的增强体粉末混合均匀得到二次混合粉末，将球磨罐抽真空后通入氩气，然后将二次混合粉末装入通入氩气后的球磨罐中并放置于行星式球磨机中进行二次高能球磨
处理，得到表面均匀包覆增强体的TiAl合金粉末；步骤四、筛分处理：采用100目的筛网对步骤三中得到的表面均匀包覆增强体的TiAl合金粉末进行筛分处理，得到筛下物为待烧结粉末；步骤五、粉末烧结：将步骤四中得到的待烧结粉末放入模具中，然后进行真空脱气，再进行三段温度烧结，得到全片层网状结构TiAl基复合材料。
[0007]上述的一种全片层网状结构TiAl基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述球形TiAl预合金粉末为Ti
‑
48Al
‑
2Cr
‑
2Nb，Ti
‑
45Al
‑
2Nb
‑
2Mn
‑
0.8TiB2，Ti
‑
47Al
‑
2W
‑
0.5Si，Ti
‑
47Al
‑
2Nb
‑
2Mn
‑
0.8TiB2， Ti
‑
47Al
‑
1.5Nb
‑
1Mn
‑
1Cr
‑
0.7(Si,B)，Ti
‑
45.5Al
‑
4(Nb,Cr,Ta,B)，Ti
‑
46Al
‑
3(Nb,Cr,Mo)
‑
x(B,C)，其中x<1，Ti
‑
46Al
‑
6.5Nb
‑
0.6Cr
‑
0.2Ni或Ti
‑
45Al
‑
5Nb
‑
yB
‑
zC，其中y<1，z<1；所述金属粉末为Ti粉末或/和Al粉末；所述增强体粉末为B4C、石墨烯、炭黑、碳纳米管或氧化石墨烯。
[0008]本专利技术选用的金属粉末中Ti粉末、Al粉末均属于TiAl合金的主要组成元素，能够与球形TiAl预合金粉末形成很好的结合；本专利技术选用的增强体粉末均能和TiAl合金基体反应生成碳化物或硼化物增强体增强相。
[0009]上述的一种全片层网状结构TiAl基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述初次高能球磨处理的转速为150r/min~300r/min，时间为2h~5h, 步骤三中所述二次高能球磨处理的转速为150r/min~300r/min，时间为2h~5h，且两次高能球磨处理的总时长低于8h。本专利技术通过控制两次高能球磨的转速，避免了球磨转速过高导致粉体破碎严重、球磨罐体温度过高的危险，并避免了球磨转速过低使得金属粉末和增强体粉末难以依次均匀包覆在预合金粉末表面的现象；同时，分两次球磨也促进了金属粉末、增强体粉末的充分分散，避免两者聚集而无法获得全片层网状结构TiAl基复合材料。
[0010]上述的一种全片层网状结构TiAl基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤五中所述三段温度烧结的方法为放电等离子烧结或热压烧结。本专利技术采用的SPS放电等离子烧结过程中的脉冲电流产生的等离子体有利于粉末的致密化，提高TiAl基复合材料的致密性，采用的真空热压烧结能够制备大尺寸的材料，具有效率高的特点。
[0011]上述的一种全片层网状结构TiAl基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤五中所述三段温度烧结的过程为：先在8min~15min内从室温升温至Te温度以下100℃~300℃并保温1min~5min，然后在6min~10min内升温至Tα温度以下200℃~250℃并保温4min~10min，再在3min~5min内升温至Tα温度以下0℃~50℃并保温4min~10min，最后在3min~5min内降温至Te温度以下100℃~300℃，随炉冷却至室温，其中Te为TiAl合金的共析转变温度，Tα为TiAl合金的α相变起始温度。本专利技术采用三段温度烧结，通过上述第一段温度烧结使得金属粉末形成的过渡层与基体粉末以及增强体粉末进行结合，同时在较低温度下进行脱气，控制复合材料的含氧量在较低水平；然后通过第二段温度烧结使得增强体与基体充分反应生成碳化物、硼化物增强相并呈网状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全片层网状结构TiAl基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、原料准备：选择粒径为50μm~150μm的球形TiAl预合金粉末，选择粒径为50nm~1000nm的金属粉末，选择粒径为50nm~100nm的增强体粉末；步骤二、初次高能球磨处理：将步骤一中的球形TiAl预合金粉末和金属粉末混合均匀得到初次混合粉末，将球磨罐抽真空后通入氩气，然后将初次混合粉末装入通入氩气后的球磨罐中并放置于行星式球磨机中进行初次高能球磨处理，得到表面具有过渡层的TiAl合金粉末；步骤三、二次高能球磨处理：将步骤二中得到的表面具有过渡层的TiAl合金粉末与步骤一中的增强体粉末混合均匀得到二次混合粉末，将球磨罐抽真空后通入氩气，然后将二次混合粉末装入通入氩气后的球磨罐中并放置于行星式球磨机中进行二次高能球磨处理，得到表面均匀包覆增强体的TiAl合金粉末；步骤四、筛分处理：采用100目的筛网对步骤三中得到的表面均匀包覆增强体的TiAl合金粉末进行筛分处理，得到筛下物为待烧结粉末；步骤五、粉末烧结：将步骤四中得到的待烧结粉末放入模具中，然后进行真空脱气，再进行三段温度烧结，得到全片层网状结构TiAl基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种全片层网状结构TiAl基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述球形TiAl预合金粉末为Ti
‑
48Al
‑
2Cr
‑
2Nb，Ti
‑
45Al
‑
2Nb
‑
2Mn
‑
0.8TiB2，Ti
‑
47Al
‑
2W
‑
0.5Si，Ti
‑
47Al
‑
2Nb
‑
2Mn
‑
0.8TiB2， Ti
‑
47Al
‑
1.5Nb
‑
1Mn
‑
1Cr
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘承泽，浦智能，康兴，吴金平，
申请(专利权)人：西安稀有金属材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：