【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属基复合材料，具体涉及一种制备双相增强钛基复合材料的方法。
技术介绍
1、钛及钛合金由于其优良的耐蚀性、耐热性及综合力学性能，广泛应用于航空航天、兵器、石油及生物医学等领域。但是，钛合金的比强度难以更好地满足航空航天领域的快速发展需求。在韧性较强的钛基体内，添加强度更高的陶瓷相，从而得到具有更高比强度的钛基复合材料(tmcs)，成为当前的主流设计思路之一。常用的增强相包括tic、tib、ti5si3以及tin等陶瓷相，由于tic和tib的热膨胀系数与钛基体的相差较小，两者被广泛应用。
2、传统的粉末冶金法可实现增强相的原位生长，充分发挥陶瓷相在裂纹扩展中的阻碍作用，提升增强相在复合材料中的载荷传递作用。但是，单一增强相对tmcs的强度贡献有限。因此，亟待发展多种增强相协同增强的tmcs，重点关注热加工和增强相的分布及含量对tmcs力学性能的提升。
技术实现思路
1、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，提供一种制备双相增强钛基复合材料的方法。该方法将tc4钛合金粉末与纳米级炭黑及tib2粉末充分混合后经放电等离子烧结实现双增强相tic和tib的原位制备，再利用热处理和热轧制加工细化晶粒尺寸并调整增强相排列方向，发挥两种增强相的协同强化作用，改善了材料的力学性能，得到兼具高强度和高延伸率的钛基复合材料，解决了钛基复合材料强塑性不匹配的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种制备双相增强钛基复合材料的方法
3、步骤一、选材：选用tc4钛合金粉末作为基体材料，纳米级炭黑及tib2粉末作为增强相原材料；
4、步骤二、混粉：将步骤一中选用的基体材料与增强相原材料放置于不锈钢球磨罐中搅拌进行预混合，得到预混合粉末，然后将预混合粉末放置于立式球磨机中进行低能球磨，得到混合粉末；
5、步骤三、烧结：将步骤二中得到的混合粉末进行放电等离子烧结，得到钛基复合材料坯体；
6、步骤四、热处理及加工：将步骤三中得到的钛基复合材料坯体进行热处理和热轧制加工，得到双相增强钛基复合材料。
7、本专利技术以tc4为基体，以纳米级炭黑及tib2作为增强相原料，首先将tc4钛合金粉末与纳米级炭黑及tib2粉末预混合后进行低能球磨，以实现三种原料的充分混合，然后经放电等离子烧结实现双相增强相tic颗粒和tib晶须的原位制备，实现了双相增强相在钛基复合材料中的协同作用，再进行热处理和热轧制加工调控晶粒尺寸及增强相排列方向，通过细晶强化和增强相定向排列充分发挥载荷传递效果，改善了材料的力学性能，有效弥补单相增强tmcs在强塑性匹配方面的不足，得到一种具有协同增强效果的双相增强钛基复合材料。
8、上述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤一中所述tib2粉末的平均粒径为100nm。
9、上述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤一中所述纳米级炭黑为型号ecp-600jd的科琴超导碳黑。该米级炭黑的分散性更好，有利于混粉过程中的均匀分散。
10、上述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤一中所述tc4钛合金粉末的粒径为15μm～53μm。该粒径的tc4钛合金粉末保证了混合粉末的球形度更高，从而增强相的包覆性更好，避免粒径过大导致球磨过程破坏tc4钛合金粉末的完整球形结构，同时避免粒径过小导致其与增强相粒径的差异性减小、降低增强相的包覆效果。
11、上述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤二中所述低能球磨的转速为150rpm～200rpm，球料比为5:1，球磨时间为4h～5h。通过控制低能球磨采用较低转速以保证基体材料的球形形貌，采用较长球磨时间以保证混合粉末粉体的充分混匀。
12、上述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤三中所述放电等离子烧结的温度为900℃～1000℃，保温时间为4min～5min，压力为40mpa～45mpa。该放电等离子烧结的参数保证了钛基复合材料坯体的致密性，同时完成了增强相的原位生长。
13、上述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤四中所述热处理和热轧制加工的温度均为850℃～900℃。该温度区间位于tc4钛合金相图上β转变温度以下的(α+β)相区，保证了双相增强钛基复合材料具有一定强度的同时还具有合适的塑性，进一步保证其强塑性匹配。
14、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
15、1、本专利技术以tc4为基体，以纳米级炭黑及tib2为增强相原料，结合低能球磨、放电等离子烧结、热处理和热轧制加工，在实现tmcs中双增强相tic和tib原位制备的前提下，有效细化晶体晶粒，同时调控增强相的排列方向，发挥两种增强相的协同强化作用，改善了材料的力学性能，实现了钛基复合材料的强塑性匹配。
16、2、本专利技术的双相增强钛基复合材料具备优异的力学性能，轧制态屈服强度高于1500mpa，抗拉强度高于1600mpa，断后延伸率大于5％，与传统的钛合金相比，本专利技术的钛基复合材料抗拉强度提高了至少70％，屈服强度提高了至少85％，同时保持了较高的塑性。
17、3、本专利技术的双相增强钛基复合材料的制备原料来源广泛且价格低廉，提高了本专利技术方法的实用性。
18、4、本专利技术的制备方法工艺简单，工艺周期短，有利于实现大规模的产业化生产。
19、下面通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述。
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1.一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤一中所述TiB2粉末的平均粒径为100nm。
3.根据权利要求1所述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤一中所述纳米级炭黑为型号ECP-600JD的科琴超导碳黑。
4.根据权利要求1所述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤一中所述TC4钛合金粉末的粒径为15μm～53μm。
5.根据权利要求1所述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤二中所述低能球磨的转速为150rpm～200rpm，球料比为5:1，球磨时间为4h～5h。
6.根据权利要求1所述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤三中所述放电等离子烧结的温度为900℃～1000℃，保温时间为4min～5min，压力为40MPa～45MPa。
7.根据权利要求1所述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤四中所述热处理和热轧制加工
...【技术特征摘要】
1.一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤一中所述tib2粉末的平均粒径为100nm。
3.根据权利要求1所述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤一中所述纳米级炭黑为型号ecp-600jd的科琴超导碳黑。
4.根据权利要求1所述的一种制备双相增强钛基复合材料的方法，其特征在于，步骤一中所述tc4钛合金粉末的粒径为15μm～53μm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊杰，张于胜，魏启超，拦宗强，李明佳，董龙龙，孙国栋，
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：
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