【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，属于钛合金及其复合材料。
技术介绍
1、为满足未来航空航天飞行器对结构减重和性能提升的双重需求，尤其是对轻质结构关键部件在室温和高温条件下高韧性和高温服役性能的紧迫需求。高温钛合金作为现代航空发动机的关键材料，被广泛应用于航空发动机的叶片、机盘、机匣等部件，以降低发动机重量，提高飞机的推重比，从而显著提升了航空发动机的服役性能。然而，随着飞行器使用温度的升高，对高温钛合金的使役性能提出了更高的要求。同时，飞行器的服役条件变得更加复杂，对高温钛合金的使役性能需求也不再局限于单一的性能指标，而是期望其在室温和高温条件下具备卓越的综合性能。
2、为了进一步提升钛合金的综合性能，目前研究的焦点主要集中在通过复合化的方式实现材料的高温强度提升。然而，过去的钛基复合材料存在一些问题，如增强相类型单一、忽视对基体钛合金微观组织的设计与调控。因此，目前市场上开发的商业高温钛合金在室温强度方面相对不足，且仍然存在室温强度-塑/韧性的倒置问题。更为关键的是，这些材料在650℃以上的高温条件下性能不足，迫切需要开发一种使役温度在700℃以上，并且同时具备卓越室温强塑性的新型钛合金及其复合材料。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有高温钛基复合材料研究中室温强塑性匹配与高温强度提升难以兼具的瓶颈问题，进而提出一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法。
2、本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：
3、步骤1、根据设计的增强相的含量，计算外加粉体m中的各强化粉体在原料粉体中的含量，以确定tc25g合金粉体和各强化粉体的质量比；
4、步骤2、按照设计的质量比称取tc25g合金粉体与外加粉体，并进行球磨混合，使粉体混合均匀，获得复合粉体；
5、步骤3、将获得的所述复合粉体进行热压烧结，并进行原位自生反应制备获得块体复合材料；
6、步骤4、将获得的所述块体复合材料进行热挤压，获得兼具室温强塑性与服役性的钛基复合材料。
7、进一步的，步骤1中所述外加粉体包括原始β晶界强化粉体、α/β相界强化粉体以及基体强化粉体。
8、进一步的，所述原始β晶界强化粉体在所述复合粉体中所占质量分数为0.05-5％，所述原始β晶界强化粉体包括b粉、tib2粉、y粉以及la粉中至少一种粉体，且所述原始β晶界强化粉体粒径为0.05-10μm。
9、进一步的，步骤3中，通过所述原位自生反应在原始β晶界处生成tib、y2o3和la2o3中至少一种增强相。
10、进一步的，所述α/β相界强化粉体在所述复合粉体中所占质量分数为0.05-3％；所述α/β相界强化粉体包括si粉，且所述α/β相界强化粉体的粒径为0.05-5μm。
11、进一步的，步骤3中，通过所述原位自生反应在α/β相界面处生成(ti,zr)5si3和(ti,zr)6si3中至少一种增强相，且所述增强相的尺寸为0.01-5μm。
12、进一步的，所述基体强化粉体在所述复合粉体中所占质量分数为0.05-5％，所述基体强化粉体包括ta粉、mo粉以及w粉中至少一种粉体，且所述基体强化粉体粒径为0.01-5μm。
13、进一步的，步骤2中，所述tc25g合金粉体名义成分为
14、ti-6.5al-4zr-2sn-4mo-1w-0.2si，且所述tc25g合金球形粉体的粒径为10-300μm。
15、进一步的，通过步骤4所得到的钛基复合材料的基体组织为由α相和β相组成的类网篮状结构；其中α相为片层状，包含微米级初生α相和纳米级次生α相；β相被相互交织的α相分隔开来。所述初生α相片层长度为1-50μm、宽度为0.5-3μm；所述次生α相片层长度为0.05-2μm、宽度为10-200nm。
16、进一步的，通过步骤4所得到的钛基复合材料，室温下的抗拉强度σb大于1300mpa、延伸率δ大于7％；700℃下的抗拉强度σb大于650mpa，延伸率δ大于20％
17、本专利技术的有益效果是：
18、1、本专利技术所选基体为tc25g双相钛合金，所述合金具备多重优势，包括耐高温、高强度、高韧性以及可热处理强化等特点。相较于近α型的高温钛合金，tc25g由于其含有较高的β稳定元素，因此在组织调控和性能提升方面具备更大的潜力。所述合金长时间服役的温度可达550℃，为满足高温环境下的应用提供了可靠的性能基础。
19、2、本专利技术基于“多效应响应”思想，通过在材料中引入不同尺寸的增强体，并将它们置于材料的不同位置以承担载荷，以实现多层次、多效应的材料响应。具体措施包括引入tib晶须，有效地限制了原始晶粒的尺寸；引入稀土氧化物y2o3或la2o3，有效地降低了粉末冶金过程中的氧含量；引入快共析si元素，有效地强化了基体相界面；引入高熔点的ta、mo或w元素，发挥了固溶强化作用，提升了基体的耐热性。这些元素之间通过多元素的耦合作用，共同促进了复合材料强塑性的提升。这一设计理念通过协同作用的多种效应，全面提高复合材料的性能，实现了在不同层次上对材料性能的优化响应。
20、3、本专利技术采用的制备方法简单、稳定且可控性强，利用粉末冶金技术实现了对增强相种类和含量的调控。同时，通过引入合金中的高温薄弱区-相界面处的第二相，形成多级、多尺度的增强相分布，提升了界面的高温强度。
21、4、本专利技术通过对基体组织的调控，实现了多级多尺度的类网篮状组织，该组织结构在室温和高温条件下表现出卓越的强塑性匹配，实现了材料内部结构的复杂而有序的编织，使其在室温和高温环境下都能够兼顾强度和塑性，同时具备较高的抗断裂和抗蠕变性能，使其符合设计要求中关于室温强塑性匹配和高温抗力的优越性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：所述一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：步骤1中所述外加粉体包括原始β晶界强化粉体、α/β相界强化粉体以及基体强化粉体。
3.根据权利要求2所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：所述原始β晶界强化粉体在所述复合粉体中所占质量分数为0.05-5％，所述原始β晶界强化粉体包括B粉、TiB2粉、Y粉以及La粉中至少一种粉体，且所述原始β晶界强化粉体粒径为0.05-10μm。
4.根据权利要求3所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：步骤3中，通过所述原位自生反应在原始β晶界处生成TiB、Y2O3和La2O3中至少一种增强相。
5.根据权利要求2所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：所述α/β相界强化粉体在所述复合粉体中所占质量分数为0.05
6.根据权利要求5所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：步骤3中，通过所述原位自生反应在α/β相界面处生成(Ti,Zr)5Si3和(Ti,Zr)6Si3中至少一种增强相，且所述增强相的尺寸为0.01-5μm。
7.根据权利要求2所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：所述基体强化粉体在所述复合粉体中所占质量分数为0.05-5％，所述基体强化粉体包括Ta粉、Mo粉以及W粉中至少一种粉体，且所述基体强化粉体粒径为0.01-5μm。
8.根据权利要求1所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：所述步骤2中，所述TC25G合金粉体名义成分为
9.根据权利要求1所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：通过步骤4所得到的钛基复合材料的机体组织为由α相和β相组成的类网篮状结构；其中α相为片层状，包含微米级初生α相和纳米级次生α相；β相被相互交织的α相分隔开来。所述初生α相片层长度为1-50μm、宽度为0.5-3μm；所述次生α相片层长度为0.05-2μm、宽度为10-200nm。
10.根据权利要求1所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：通过步骤4所得到的钛基复合材料，室温下的抗拉强度σb大于1300Mpa、延伸率δ大于8％；700℃下的抗拉强度σb大于650MPa，延伸率δ大于20％。
...【技术特征摘要】
1.一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：所述一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：步骤1中所述外加粉体包括原始β晶界强化粉体、α/β相界强化粉体以及基体强化粉体。
3.根据权利要求2所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：所述原始β晶界强化粉体在所述复合粉体中所占质量分数为0.05-5％，所述原始β晶界强化粉体包括b粉、tib2粉、y粉以及la粉中至少一种粉体，且所述原始β晶界强化粉体粒径为0.05-10μm。
4.根据权利要求3所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：步骤3中，通过所述原位自生反应在原始β晶界处生成tib、y2o3和la2o3中至少一种增强相。
5.根据权利要求2所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：所述α/β相界强化粉体在所述复合粉体中所占质量分数为0.05-3％；所述α/β相界强化粉体包括si粉，且所述α/β相界强化粉体的粒径为0.05-5μm。
6.根据权利要求5所述的一种兼具高强韧与700℃服役性能的钛基复合材料制备方法，其特征在于：步骤3中，通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔喜平，丛光辉，张圆圆，罗嘉伟，王之祺，张一凡，陈凌非，郜闹闹，黄陆军，耿林，卢振，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。