[發(fā)明專(zhuān)利]一種增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料及其粉末冶金制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210259460.7
• 申請(qǐng)日: 2012-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102747249A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳峰;閆志巧;蔡一湘;鄭玉凱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C22C14/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C14/00;C22C1/05
• 代理公司: 廣東世紀(jì)專(zhuān)利事務(wù)所 44216
• 代理人: 千知化

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法，特別是一種增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料及其粉末冶金制備方法。

背景技術(shù)

顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料是以高強(qiáng)度和高模量陶瓷顆粒或晶須為增強(qiáng)相，以鈦或鈦合金為基體而制備的一種材料，具有比鈦合金更高的比強(qiáng)度和比模量，極佳的疲勞和蠕變性能，以及優(yōu)異的耐高溫性能和耐蝕性能，并克服了鈦合金耐磨性及耐燃性差的缺點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。與外加法比較，原位合成增強(qiáng)相具有工藝簡(jiǎn)單、增強(qiáng)相與基體潤(rùn)濕性好、界面無(wú)污染、材料性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上更為可行，成為高性能鈦基復(fù)合材料的重要發(fā)展方向。就增強(qiáng)相的種類(lèi)而言，TiB是鈦基復(fù)合材料中最佳的增強(qiáng)體之一。同時(shí)為了降低鈦元素的高活性引起的氧污染，還需要借助稀土元素脫氧增韌以改善鈦基復(fù)合材料的韌性。

目前，制備顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的方法主要有熔鑄法和粉末冶金法兩大類(lèi)。熔鑄法易產(chǎn)生缺陷，成分易于偏析和組織不均勻、生產(chǎn)效率低，并且增強(qiáng)相的含量受到限制。與熔鑄法相比，粉末冶金具有能耗低、材料利用率高、微觀(guān)組織細(xì)小、成分均勻可控、易實(shí)現(xiàn)近凈成形等優(yōu)點(diǎn)，是制造高性能、低成本鈦基復(fù)合材料的理想技術(shù)。然而由于鈦加工硬化速率高的特性，使用傳統(tǒng)粉末冶金模壓方法成形鈦粉十分困難，所制備的壓坯致密度通常低于85％，經(jīng)常需要借助熱壓、熱等靜壓或放電等離子燒結(jié)以及二次加工等昂貴的方法獲得致密材料。

D.R.Ni等(Fabrication?and?tensile?properties?of?in?situ?TiBw?and?TiCphybride-reinforced?titanium?matrix?composites?based?on?Ti-B₄C-C，《Materials?Science?and?Engineering?A》，2008，478：291-296.)通過(guò)混合Ti粉、B₄C和石墨粉-冷壓成形-真空熱壓-擠壓工藝路線(xiàn)制備TiB和TiC增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料。

日本Cermet?Ti公司(discontinuously?reinforced?Ti-matrix?composites，《Manufacturing，properties，and?applications[J]》，JOM，2004，56(5)：37-41.)通過(guò)混合TiB₂粉、Ti粉及合金粉-冷等靜壓成形-真空燒結(jié)-熱等靜壓或擠壓或鍛造的方法制備鈦基復(fù)合材料。這些方法存在流程復(fù)雜、成本高等問(wèn)題，限制了鈦基復(fù)合材料在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。尋求高性能鈦基復(fù)合材料的短流程、低成本制備技術(shù)成為鈦基復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)。

高速壓制技術(shù)是2001年出現(xiàn)的一種高效率、低成本制備高性能粉末冶金零件的新技術(shù)，兼具動(dòng)態(tài)壓制的高沖擊能量和傳統(tǒng)壓制的高效平穩(wěn)等共同特征，可實(shí)現(xiàn)冷態(tài)下(室溫)粉末的高密度成形和連續(xù)化生產(chǎn)，具有成本低、壓坯密度高且分布均勻、低彈性后效和高精度等特點(diǎn)。目前該技術(shù)成形Fe粉、Cu粉等延性粉末的效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)成形方法，尤其在成形傳統(tǒng)粉末冶金模壓難成形的粉末(如鈦粉)時(shí)體現(xiàn)出獨(dú)特的成形優(yōu)勢(shì)，成形純鈦粉末的壓坯致密度可達(dá)95％以上。然而目前國(guó)際上尚沒(méi)有高速壓制技術(shù)成形鈦基混合粉末制備TiB和稀土氧化物增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種燒結(jié)致密度高、硬度和彎曲強(qiáng)度高的增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料。

本發(fā)明另一個(gè)目的是上述增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的粉末冶金制備方法。

本發(fā)明所述的增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料由以下成分和質(zhì)量百分組成：粒徑為5～10μm的TiB₂?1.0～11.0％，粒徑為10～25μm的稀土六硼化物0.8～1.0％，鈦粉75.0～85.0％，Al粉3.5～4.5％，Mo粉5.0～7.0％和Fe粉1.0～1.5％。

優(yōu)選的成分和質(zhì)量百分組成：TiB₂?4.9％，稀土六硼化物0.9％，鈦粉82.8％，Al粉4.0％，Mo粉6.1％和Fe粉1.3％。

所述稀土六硼化物為L(zhǎng)aB₆或NdB₆。