【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属基复合材料制备，具体涉及一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、自上个世纪五十年代中叶起，钛成为在铁合金即钢和金属铝之后新兴起的“第三金属”。金属钛与其它金属及合金相比较，有着非常多的优异特性：金属钛材料具有低密度、处于极高温或极低温时的耐性更好、抗腐蚀能力强、热传导系数低、几乎为无磁性物质、比强度高等优点。经过几十年的发展，金属钛的应用领域不仅只涉足于军工事业和高空以及超高空飞行领域，目前金属钛已经开始应用于向着社会的各行各业，并且我们的正常生活中对于钛的使用频率也大大增加。
2、然而随着航空航天等领域对高性能材料的需求不断提高，比如超高音速飞行器及下一代高性能航空发动机对轻质、高强材料的需求，钛合金的设计性能越来越不能够满足各种应用的要求。因此，由钛合金向钛基复合材料转移的趋势出现了，钛基复合材料的出现，不仅在某些领域逐渐代替了钛合金，还应用到如上述要求较高的航空产品上。但是在以往的研究中研究人员大多选用碳源(如：石墨烯、金刚石、碳纳米管等)、硼源(如：硼粉、二硼化钛、碳化硼等)作为钛基复合材料材料的增强相，然而传统碳源和硼源的引入往往会导致增强相在壳处的富集，导致钛合金材料的强塑性匹配失衡。因而选取一种使钛基复合材料强塑性较好匹配的增强相成为钛基复合材料能否达到要求的一大难关。
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，提供一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法。该方法将高活性
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高强塑性匹配的异质结构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、对高活性氧化铝纳米颗粒进行调节活性，然后在分散剂的辅助下分散于乙醇溶液中，得到氧化铝纳米颗粒悬浮液；所述高活性氧化铝纳米颗粒为高活性γ结构氧化铝；
4、步骤二、将步骤一中得到的氧化铝纳米颗粒悬浮液在室温下边搅拌边加入钛合金粉，得到钛合金粉和氧化铝的混合溶液；
5、步骤三、将步骤二中得到的钛合金粉和氧化铝的混合溶液在水浴条件下搅拌蒸干，得到具有核壳结构的预包覆纳米氧化铝的钛合金粉；
6、步骤四、将步骤三中得到的预包覆纳米氧化铝的钛合金粉进行真空处理以脱除分散剂，然后进行低能球磨包覆，得到纳米氧化铝-钛核壳结构粉体；
7、步骤五、将步骤四中得到的纳米氧化铝-钛核壳结构粉体进行低温短时烧结，得到异质结构钛基复合材料；所述异质结构钛基复合材料的拉伸强度为540mpa～1200mpa，延伸率为7％～23％。
8、本专利技术首先对高活性γ结构氧化铝纳米颗粒进行调节活性，以改善活性、提高缺陷、优化分散性和减小粒度，使其具有较高的缺陷和活性，为其与钛合金粉的充分相互作用、反应和溶解扩散、析出创造条件，然后以乙醇溶液为分散介质进行辅助分散，得到高活性和高缺陷氧化铝纳米颗粒悬浮液，为其对钛合金粉的均匀包覆创造条件；继续依次采用液相预包覆和低能球磨包覆，得到表面均匀包覆高活性和高缺陷γ结构氧化铝的氧化铝-钛核壳结构粉体，提高了包覆均匀性和包覆结合状态；再采用低温短时烧结，极大地促进了高活性和高缺陷γ结构氧化铝与钛的扩散迁移及相互作用，在壳上到壳内晶界和晶内析出超细的多级梯度增强相，形成异质结构钛基复合材料，显著提高了钛基复合材料的强塑形匹配性能。
9、上述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述高活性氧化铝纳米颗粒具有多孔结构，平均粒度小于50nm，比表面积大于50m2/g，所述调节活性的方法为超声波或球磨处理。相较于其它结构的氧化铝，本专利技术优选采用的高活性氧化铝纳米颗粒具有高孔隙结构、高缺陷、高反应活性和优异的分散性，为其与钛及钛合金的均匀包覆、反应和扩散提供较好的基础，通过上述活性调节方式可以进一步提高氧化铝的缺陷、提高活性和分散性。
10、上述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述分散剂为聚乙二醇和pvp，所述分散剂的质量小于乙醇溶液质量的0.3％。该优选的分散剂及用量促进了调节活性后的氧化铝纳米颗粒的分散更加均匀。
11、上述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述低能球磨包覆采用的转速小于350r/min。该优选的转速在保证混合均匀的前提下，避免了钛合金的变形。
12、上述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤五中所述低温短时烧结为大电流等离子体活化真空热压烧结，烧结温度为800℃～1100℃，保温时间小于30min，烧结压力大于10mpa。该优选的大电流结合等离子体的烧结方式显著促进了原子迁移速率，一方面在上述的烧结温度、保温时间和压力条件下使得异质结构钛基复合材料接近完全致密，另一方面促进了高活性和高孔隙结构的氧化铝纳米粒子与钛或钛合金基体的溶解、扩散和析出，进而保证了异质结构的形成。
13、上述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤五中所述异质结构钛基复合材料中的异质结构为高活性γ氧化铝纳米颗粒溶解扩散到壳内钛基体、并在壳上到钛基体晶粒和晶内晶界和位错处析出含钛氧铝的多级析出相梯度分布结构。
14、另外，本专利技术还公开了一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料，其特征在于，由上述的方法制备得到。
15、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
16、1、本专利技术对高活性γ结构氧化铝纳米颗粒调节活性使其具有高缺陷和高活性，然后与钛合金粉末依次经液相预包覆和低能球磨包覆形成氧化铝-钛核壳结构粉体，再进行低温短时烧结，极大地促进了高活性和高缺陷γ结构氧化铝与钛的扩散迁移及相互作用，从而获得超细的多级梯度增强相，形成异质结构钛基复合材料，显著提高了钛基复合材料的强塑形匹配性能。
17、2、本专利技术采用的高活性γ结构氧化铝来源广泛，价格低廉且制备工艺简单，且具有高缺陷和高活性，显著优于传统石墨烯、金刚石、碳纳米管和洋葱碳等晶体碳。
18、3、本专利技术采用乙醇溶液作为分散介质对调节活性后的高活性氧化铝纳米颗粒进行辅助分散，为其均匀包覆创造了条件。
19、4、本专利技术采用“液相预包覆+低能干磨包覆”的方法，获得均匀包覆高活性和高缺陷γ结构氧化铝的氧化铝-钛核壳结构粉体，其包覆均匀性和结合状态显著优于传统方法。
20、5、本专利技术采用低温短时烧结，极大地促进了高活性和高缺陷γ结构氧化铝与钛的扩散迁移及相互作用，在壳上到壳内晶界和晶内析出超细的多级梯度增强相，形成异质结构钛基复合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强塑性匹配的异质结构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所述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述高活性氧化铝纳米颗粒具有多孔结构，平均粒度小于50nm，比表面积大于50m2/g，所述调节活性的方法为超声波或球磨处理。
3.根据权利要求1所述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述分散剂为聚乙二醇和PVP，所述分散剂的质量小于乙醇溶液质量的0.3％。
4.根据权利要求1所述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述低能球磨包覆采用的转速小于350r/min。
5.根据权利要求1所述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤五中所述低温短时烧结为大电流等离子体活化真空热压烧结，烧结温度为800℃～1100℃，保温时间小于30min，烧结压力大于10MPa。
6.根据权利要求1所述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，
7.一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料，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】
1.一种高强塑性匹配的异质结构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所述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述高活性氧化铝纳米颗粒具有多孔结构，平均粒度小于50nm，比表面积大于50m2/g，所述调节活性的方法为超声波或球磨处理。
3.根据权利要求1所述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述分散剂为聚乙二醇和pvp，所述分散剂的质量小于乙醇溶液质量的0.3％。
4.根据权利要求1所述的一种高强塑性匹配的异质结构钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述低能球磨包覆采用的转速小于3...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙国栋，张媚，董龙龙，李明洋，李明佳，徐俊杰，
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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