【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属基复合材料制备，具体涉及一种1600mpa超高强钛基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、钛及钛合金具有密度小、强度高、耐高温、耐低温、耐腐蚀、非磁性、线胀系数小等许多优点。凭借着这些优异的特性，钛合金在机械工程、生物医学、海洋工程、化工、冶金、建材及一般民用工业中有着重要的应用。强度是钛合金最重要的性能指标，随着这些行业的快速发展，普通钛及钛合金材料已经难以满足民用和军工国防等领域对钛材料性能的迫切需求。而钛基复合材料的设计和制备被认为是获得优越综合性能的粉末冶金钛基材料的重要途径，是钛及钛合金材料重要的发展趋势之一。
2、粉末冶金钛基复合材料结合了金属钛和陶瓷相各自的优势。许多研究者或技术人员采用碳化钛、硼化钛、金刚石、石墨烯、碳纳米管、洋葱碳、max陶瓷等作为钛基复合材料的增强相；并采用各种加工工艺，如：锻造轧制等等。但是，这些传统的增强相的引入和强化手段难以获得超高强钛基复合材料，而且也难以保持一定的塑性，且传统的加工处理工艺难以实现超高强强塑性的提高。当前，超高强钛基复合材料设计和制备依然是一个难题。
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1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法。该方法采用高缺陷和高活性纳米结构碳为增强相前驱体包覆钛基粉末，然后依次进行低温短时大脉冲电流等离子体烧结、多道次非平衡动态热变形处理、室温微量慢应力应变处理，构筑多级位错胞和胞内位错结构、多尺度多级异质相结构和β钛相层包
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1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、将裂解碳颗粒进行活性、粒度调节和表面改性处理，然后采用液相预包覆和干法球磨包覆的方法与钛基粉末混合，获得高缺陷和高活性纳米结构碳包覆钛基粉末；所述钛基粉末为钛粉末或钛合金粉末；
4、步骤二、将步骤一中得到的高缺陷和高活性纳米结构碳包覆钛基粉末进行低温短时大脉冲电流等离子体烧结，得到非连续多级多尺度异质结构增强双相钛基复合材料；
5、步骤三、将步骤二中得到的非连续多级多尺度异质结构增强双相钛基复合材料进行多道次非平衡动态热变形处理，得到多尺度位错胞、多尺度多级增强相和双相钛混杂协同增强的异质结构钛基复合材料；
6、步骤四、将步骤四中得到的多尺度位错胞、多尺度多级增强相和双相钛混杂协同增强的异质结构钛基复合材料进行室温微量慢应力应变处理，得到1600mpa超高强拉伸强度的钛基复合材料；所述1600mpa超高强拉伸强度的钛基复合材料的拉伸强度达1600mpa以上，屈服强度达1500mpa以上。
7、本专利技术用高活性的裂解碳颗粒为增强相前驱体，首先对裂解碳颗粒进行活性、粒度调节和表面改性处理，以进一步改善其活性、提高缺陷，优化分散性并减小粒度，将得到的高缺陷和高活性纳米结构碳和钛基粉末进行液相预包覆和干法球磨包覆，得到高缺陷和高活性纳米结构碳包覆钛基粉末，然后采用低温短时大脉冲电流等离子体烧结，调控高缺陷和高活性的裂解碳与钛基体的相互作用并在钛基体中扩散传输及析出，构筑非连续多级多尺度异质碳化钛增强结构和β钛相层包覆α钛相晶粒核壳结构耦合的钛基复合材料；继续进行多道次非平衡动态热变形处理，调控多级多尺度异质增强钛基复合材料中的位错的生成、回复和结构，得到多尺度位错胞、多尺度多级增强相和双相钛混杂协同增强的异质结构钛基复合材料，再进行室温恒定变形速率的微量慢应力应变处理，调控位错胞内的位错含量、分布及与多级度尺度异质相的交互左右，进一步存储和优化位错结构，构筑多级位错胞和胞内位错结构、多尺度多级异质相结构和β钛相层包覆α钛晶粒片状耦合的结构，获得抗拉强度达1600mpa以上，屈服强度达1500mpa以上的超高强钛基复合材料。
8、上述的一种1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述裂解碳颗粒为非晶和微晶结构，由含碳气体、液体或固体裂解或沉积生成；所述活性、粒度调节和表面改性处理的方法为超声波辐照或机械摩擦处理。优选的非晶和微晶结构的碳颗粒相比于其他形状，更有利于其分散并在钛基粉末的表面均匀包覆；该优选的处理方法提高了裂解碳颗粒的缺陷、活性、分散和附着等性能，使其在后续烧结过程中向钛基体扩散迁移，并在晶界、相界和晶内位错处脱溶形核生成碳化钛异质超细颗粒，实现构筑多级多尺度异质结构。
9、上述的一种1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金粉末为含α相和β相的双相钛合金粉末。优选采用含α相和β相的双相钛合金粉末更容易在后续的多道次非平衡动态热变形处理中，实现对位错及位错胞的生成和消退及与异质相交互状态的调控，使得在获得超高强塑性的同时获得较好的延伸率。
10、上述的一种1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述低温短时大脉冲电流等离子体烧结的温度为800℃～1100℃，脉冲电流为1000a～20000a，烧结压力大于10mpa；所述非连续多级多尺度异质结构增强双相钛基复合材料具有非连续多级多尺度异质增强结构和β钛相层包覆α钛相晶粒核壳结构耦合的钛基复合材料。该优选的烧结温度在保证烧结致密度的同时，调控出合适增强相分布和粒度的非连续多级多尺度异质结构增强双相钛基复合材料；优选的大脉冲电流流过样品时极大地促进了壳处界面原子的迁移及碳原子向壳内的溶解扩散迁移，为多级多尺度异质增强相的分布创造良好的条件；优选的烧结压力使得核壳粉之间有较好的接触，进而促进致密化和碳与钛的相互动力学条件；此外，大脉冲电流可以在烧结颈或壳处产生较大的电阻发热，在局部微尺度创造温度梯度，使其温度高于壳内，进而为碳元素的溶解扩散和脱溶创造较好的条件，从而辅助构筑出非连续多级多尺度异质增强结构和β钛相层包覆α钛相晶粒核壳结构耦合的钛基复合材料。
11、上述的一种1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述多道次非平衡动态热变形处理的每道次变形量小于20％，总变形道次大于3次，总变形量大于50％。优选的热变形处理温度为700℃～1000℃，在此温度下热变形处理较好地调控了位错、位错胞的形成消退及与异质增强相的交互作用；本专利技术多道次小变形量非平衡动态热变形处理的目的是逐步为位错/位错胞的形成及分布机构调控提供途径，因此该优选的总变形量和总变形道次在保证材料不产生裂纹的前提下，促进了位错结构的逐步构筑。
12、上述的一种1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述微量慢应力应变处理的总变形率小于5％；所述1600mpa超高强拉伸强度的钛基复合材料的结构由多级位错胞和胞内位错结构、多尺度多级异质相结构和β钛相层与α钛晶粒片层结构混杂交织组成。
13、本专利技术采用室温慢应力应变处理，进一步调控和优化材料的位错结构，构筑出超高强性能所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种1600MPa超高强钛基复合材料的制备方法，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1600MPa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述裂解碳颗粒为非晶和微晶结构，由含碳气体、液体或固体裂解或沉积生成；所述活性、粒度调节和表面改性处理的方法为超声波辐照或机械摩擦处理。
3.根据权利要求1所述的一种1600MPa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金粉末为含α相和β相的双相钛合金粉末。
4.根据权利要求1所述的一种1600MPa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述低温短时大脉冲电流等离子体烧结的温度为800℃～1100℃，脉冲电流为1000A～20000A，烧结压力大于10MPa；所述非连续多级多尺度异质结构增强双相钛基复合材料具有非连续多级多尺度异质增强结构和β钛相层包覆α钛相晶粒核壳结构耦合的钛基复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种1600MPa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述多道次非平衡动态热变形处理的每道次变形量小于
6.根据权利要求1所述的一种1600MPa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述微量慢应力应变处理的总变形率小于5％；所述1600MPa超高强拉伸强度的钛基复合材料的结构由多级位错胞和胞内位错结构、多尺度多级异质相结构和β钛相层与α钛晶粒片层结构混杂交织组成。
7.一种1600MPa超高强钛基复合材料，其特征在于，由权利要求1～6中任一权利要求所述的方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，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1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述裂解碳颗粒为非晶和微晶结构，由含碳气体、液体或固体裂解或沉积生成；所述活性、粒度调节和表面改性处理的方法为超声波辐照或机械摩擦处理。
3.根据权利要求1所述的一种1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金粉末为含α相和β相的双相钛合金粉末。
4.根据权利要求1所述的一种1600mpa超高强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述低温短时大脉冲电流等离子体烧结的温度为800℃～1100℃，脉冲电流为1000a～20000a，烧结压力大于10mpa；所述非连续多级多尺...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙国栋，张媚，李明洋，徐俊杰，李明佳，
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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