【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粉末冶金，尤其涉及一种钛合金及其制备方法。
技术介绍
1、钛及钛合金具有密度小、比强度高、塑性好、耐热和抗腐蚀等优异性能，可作为一种新型结构材料被广泛应用于航空、航天、生物医用、化工、船舶、汽车等领域，尤以航空领域最为热门。虽然，钛在地壳中储量十分丰富，但其高熔点、高强度以及高化学活性等特点致使其机加工困难，导致钛合金制品的生产成本一直高居不下，并且可实现机加工的钛合金结构零件均较为简单，受加工方式的限制，其设计方案大都无法发挥材料的最佳性能。基于此背景，具有原料利用率高、可批量化生产且生产成本低的金属粉末注射成型技术已经成为制备钛及钛合金零部件最为有效的技术手段之一。
2、粉末注射成型技术的一般操作流程为：先将制备好的粉末与粘结剂经过混炼和造粒制备成粒状喂料，然后将喂料在注塑机上成形出特定形状的产品生坯，再经脱脂和烧结得到所需性能的产品。
3、但是，使用现有钛合金粉末进行注射成型得到钛合金的强度和韧性无法兼得；并且烧结时，钛金属活性较高，在400℃左右时容易发生氧化，生成氧化钛等杂质相，会进一步降低烧结相对密度，并且随着氧含量的增加，钛合金的韧性也会进一步恶化。
技术实现思路
1、基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种钛合金及其制备方法，本专利技术从提高石墨烯与钛合金界面结合力、提高烧结致密度、细化晶粒和合金组织等多个方面，对钛合金粉末进行结构设计，使得注射成型制得的钛合金具有良好强度的同时，保持良好的韧性。
2、本专利
3、其中，所述钛合金粉末包括：钛合金球和在钛合金球表面依次包覆的tib2层、多元胺层、氧化石墨烯层，氧化石墨烯层中含有铈元素。
4、优选地，钛合金球为tc4钛合金球，其中，tc4钛合金球中含有0.2-0.4wt％的nd。
5、在钛合金球中添加适量的nd可以在烧结时，夺取钛合金中的氧，净化基体，并且形成纳米稀土氧化物可以细化晶粒和钛合金的内部组织，提高钛合金的强度和韧性。
6、上述tc4钛合金球的原料按重量百分比包括：al 5.8-6.0％、v 4.0-4.2％、o0.15-0.18％、nd 0.2-0.4％、c≤0.10、n≤0.05、h≤0.015，余量为ti及不可避免杂质。
7、优选地，多元胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺中的至少一种。
8、优选地，钛合金粉末的平均粒径为15-25μm。
9、优选地，在钛合金粉末制备过程中，将钛合金球与tib2混合，进行球磨处理，得到中间球1；将中间球1与多元胺水溶液混匀，静置反应，得到中间球2；将中间球2与氧化石墨烯水溶液混匀，静电组装得到中间球3；将中间球3与含铈离子的水溶液混匀，静电吸附，真空干燥得到钛合金粉末。
10、上述含铈离子的水溶液可以为氯化铈水溶液、硝酸铈水溶液等。
11、本专利技术通过球磨法将tib2晶须负载在钛合金球表面得到中间球1，中间球1表面的羟基可以与多元胺发生化学键结合，形成带正电荷的多元胺层，然后与带负电荷的氧化石墨烯进行静电组装，形成带负电荷的氧化石墨烯层，再与ce3+进行静电吸附，将铈元素固定在氧化石墨烯层中得到钛合金粉末。
12、上述钛合金粉末的特定结构，可以避免钛合金表面容易氧化的问题，并且在注射成型烧结时，tib2晶须可以钛合金球表面形成网状结构，多元胺和氧化石墨烯形成tic包覆石墨烯的结构，与tib2晶须的网状结构交互紧密连接，从而提高了钛合金基体与石墨烯之间的界面结合力，这种结构能提高钛合金基体与石墨烯之间的荷载传递，大幅提高钛合金的强度和韧性；并且tib2可以进一步细化合金组织，提高机械强度；另外固定在氧化石墨烯层中的稀土铈可以在烧结时，夺取钛合金表面氧化膜中的氧，消除氧化膜，促进钛合金的烧结，提高烧结致密度，并且形成的细小高熔点稀土氧化物，可以细化晶粒，从而进一步提高钛合金的机械性能。
13、优选地，钛合金球与tib2的重量比为10:0.05-0.1。
14、优选地，球磨转速为100-150转/min，球磨时间为3-4h。
15、优选地，于室温静置反应0.5-1h。
16、优选地，于室温静电组装0.5-1h。
17、优选地，于室温静电吸附0.5-1h。
18、优选地，多元胺水溶液的质量分数为1-2wt％。
19、优选地，氧化石墨烯水溶液的质量分数为0.4-0.6wt％。
20、优选地，含铈离子的水溶液中，铈离子的浓度为0.02-0.04mol/l。
21、本专利技术还提出了上述钛合金的制备方法，包括如下步骤：取钛合金粉末与粘结剂混炼，注射成型，脱脂，于1000-1100℃真空烧结2-3h，冷却至室温，于700-720℃固溶40-60min，空冷至室温，再于450-470℃保温3-3.5h，然后空冷至室温，得到钛合金。
22、本专利技术选用合适的烧结工艺和热处理工艺，可以进一步细化合金组织，并促进tib2网状结构与tic包覆石墨烯的交互紧密连接，进一步提高钛合金的机械性能。
23、有益效果：
24、本专利技术所述钛合金粉末，一方面，可以避免钛合金表面容易氧化的问题；另一方面，在注射成型烧结时，tib2晶须可以钛合金球表面形成网状结构，多元胺和氧化石墨烯形成tic包覆石墨烯的结构，与tib2晶须的网状结构交互紧密连接，从而提高了钛合金基体与石墨烯之间的界面结合力，这种结构能提高钛合金基体与石墨烯之间的荷载传递，从而大幅提高钛合金的强度和韧性；
25、还有，固定在氧化石墨烯层中的稀土铈可以在烧结时，夺取钛合金表面氧化膜中的氧，消除氧化膜，促进钛合金的烧结，提高烧结致密度，并与钛合金球内部的nd相互配合，通过钛合金球内外部形成的细小稀土氧化物的相互配合细化晶粒和合金组织，进一步提高钛合金的机械性能。
26、本专利技术从提高石墨烯与钛合金界面结合力、提高烧结致密度、细化晶粒和合金组织等多个方面，对钛合金粉末进行结构设计，使得注射成型制得的钛合金具有良好强度的同时，保持良好的韧性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种钛合金，其特征在于，所述钛合金由钛合金粉末注射成型获得；
2.根据权利要求1所述钛合金，其特征在于，钛合金球为TC4钛合金球，其中，TC4钛合金球中含有0.2-0.4wt％的Nd。
3.根据权利要求1或2所述钛合金，其特征在于，多元胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺中的至少一种；优选地，钛合金粉末的平均粒径为15-25μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述钛合金，其特征在于，在钛合金粉末制备过程中，将钛合金球与TiB2混合，进行球磨处理，得到中间球1；将中间球1与多元胺水溶液混匀，静置反应，得到中间球2；将中间球2与氧化石墨烯水溶液混匀，静电组装得到中间球3；将中间球3与含铈离子的水溶液混匀，静电吸附，真空干燥得到钛合金粉末。
5.根据权利要求4所述钛合金，其特征在于，钛合金球与TiB2的重量比为10:0.05-0.1；优选地，球磨转速为100-150转/min，球磨时间为3-4h。
6.根据权利要求4或5所述钛合金，其特征在于，于室温静置反应0.5-1h。
7.根据权利要求4-6任一项所述钛合金，其特征在
8.根据权利要求4-7任一项所述钛合金，其特征在于，多元胺水溶液的质量分数为1-2wt％；优选地，氧化石墨烯水溶液的质量分数为0.4-0.6wt％。
9.根据权利要求4-8任一项所述钛合金，其特征在于，含铈离子的水溶液中，铈离子的浓度为0.02-0.04mol/l。
10.一种如权利要求1-9任一项所述钛合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取钛合金粉末与粘结剂混炼，注射成型，脱脂，于1000-1100℃真空烧结2-3h，冷却至室温，于700-720℃固溶40-60min，空冷至室温，再于450-470℃保温3-3.5h，然后空冷至室温，得到钛合金。
...【技术特征摘要】
1.一种钛合金，其特征在于，所述钛合金由钛合金粉末注射成型获得；
2.根据权利要求1所述钛合金，其特征在于，钛合金球为tc4钛合金球，其中，tc4钛合金球中含有0.2-0.4wt％的nd。
3.根据权利要求1或2所述钛合金，其特征在于，多元胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺中的至少一种；优选地，钛合金粉末的平均粒径为15-25μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述钛合金，其特征在于，在钛合金粉末制备过程中，将钛合金球与tib2混合，进行球磨处理，得到中间球1；将中间球1与多元胺水溶液混匀，静置反应，得到中间球2；将中间球2与氧化石墨烯水溶液混匀，静电组装得到中间球3；将中间球3与含铈离子的水溶液混匀，静电吸附，真空干燥得到钛合金粉末。
5.根据权利要求4所述钛合金，其特征在于，钛合金球与tib2的重量比为10:0.05-0.1；优选地，球磨转速为100-150转/min，球磨时...
【专利技术属性】
技术研发人员：金霞，王彩霞，金莹，翁子清，刘平，张腾辉，史金光，丁洪波，
申请(专利权)人：浙江亚通新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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