[發(fā)明專利]一種激光燃燒合成TiN增強鈦基復(fù)合材料及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310225195.5
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103334045A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張曉偉;劉洪喜;蔣業(yè)華
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C22C32/00
• 分類號: C22C32/00;C22C29/14;C22C29/16;C22C29/18;C22C1/05
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光燃燒合成TiN增強鈦基復(fù)合材料及其方法，屬于材料制備與加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦基復(fù)合材料因具有較高的室溫比強度和比彈性模量，優(yōu)良的抗疲勞性能和抗高溫蠕變性能以及優(yōu)異的耐蝕性能，在航空航天的渦輪發(fā)動機葉片、飛機起落架、電器儀表和汽車工業(yè)等構(gòu)件上具有良好的工程應(yīng)用前景。常見制備鈦基復(fù)合材料的方法主要有外加陶瓷增強相法和原位生成陶瓷相法，與外加陶瓷增強相法相比，原位生成陶瓷相法中的陶瓷增強相是在制備過程中于金屬熔體中通過放熱反應(yīng)“原位”生成，沒有在空氣中暴露，避免了表面污染與氧化等問題，改善了其與基體相的結(jié)合，從而提高鈦基復(fù)合材料的綜合性能。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索，國內(nèi)外專家學(xué)者在燃燒合成鈦基復(fù)合材料方面進行了一些有益探索。SASTRY?SHANKAR?M等人于1983年申請了題為“Advanced?titanium?composite”的專利（專利號US?55759783A），該鈦基復(fù)合材料基體相為鈦或鈦合金，增強相限定為B、C、N和Si?中的一種或若干種與Ti形成的化合物。上海交通大學(xué)呂維潔等人于2005年和2006年先后公開了多元增強鈦基復(fù)合材料的燃燒合成方法（公開號CN?1609048A）以及燃燒合成Re₂O₃和TiB混雜增強鈦基復(fù)合材料的方法（公開號CN?1737178A）的專利。這幾種鈦基復(fù)合材料的燃燒合成采用的均是熔鑄法，且必須進行至少兩次熔煉才能達到所需組織和性能。另外，熔鑄法只適用于塊體復(fù)合材料的制備，不能用于材料表面改性涂層的制備。加之熔鑄法制備的復(fù)合材料增強相尺寸相對粗大，均勻性相對不足。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種激光燃燒合成TiN增強鈦基復(fù)合材料及其方法，制得的復(fù)合材料中TiN增強體具有高硬度和良好的耐磨性，Ti_mR_n基體相又具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：制備得到的TiN增強鈦基復(fù)合材料的成分及摩爾百分比為：TiN?5～50%、TiR?5～50%、合金元素?0～20%，其中R為Al、Si和B中的任意一種，合金元素為Nb、Ta、Zr、Hf、V、Ni和Mo中的一種或幾種的任意比例混合物。制備方法包括以下：根據(jù)TiN增強鈦基復(fù)合材料的成分將Ti、R和合金元素進行配料，然后將配制的混合料通過預(yù)置或同步送粉方式進行激光燃燒合成反應(yīng)，最終制得TiN增強鈦基復(fù)合材料。

所述配制的混合料通過預(yù)置或同步送粉方式進行激光燃燒合成反應(yīng)需要分布的厚度為1～2mm。

所述激光燃燒合成反應(yīng)采用CO₂連續(xù)激光、Nd:?YAG脈沖激光或半導(dǎo)體激光熔覆工藝，激光能量密度為12～20?KN·s·cm^-2。

所述激光燃燒合成反應(yīng)需要通入保護氣體或在真空條件下進行，保護氣體為氮氣、氬氣或氦氣中的一種或幾種任意比例混合物。

本發(fā)明以Ti與B、Al和Si的氮化物之間的高溫燃燒化學(xué)反應(yīng)為依據(jù)，利用高能激光束與材料的相互熱作用，使原有粉末材料發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)，從而制備出TiN/Ti_mR_n復(fù)合材料。燃燒化學(xué)反應(yīng)式為???????????????????????????????????????????????。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的TiN增強鈦基復(fù)合材料及其制備方法可以運用于材料的表面改性、焊接，與現(xiàn)有鈦基復(fù)合材料相比，本發(fā)明復(fù)合材料中的TiN增強體是在原位化學(xué)反應(yīng)過程中生成的，因此它與Ti_mR_n基體相界面結(jié)合良好，復(fù)合材料中TiN增強體具有高硬度和良好的耐磨性，Ti_mR_n基體相又具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能。同時，激光燃燒合成反應(yīng)放出的大量熱使激光熔池溫度場分布更為均勻，相應(yīng)得到的復(fù)合材料組織也致密而均勻。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。