[發(fā)明專利]一種TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料及制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310441637.X
• 申請(qǐng)日: 2013-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103526074A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉延斌;劉詠;趙中偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C14/00
• 分類號(hào): C22C14/00;C22C1/05;C22C32/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料及制備方法，屬鈦基復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦合金由于其高的強(qiáng)度、韌性以及良好的工藝成型性而被廣泛用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工脊椎等醫(yī)用材料,在臨床上有廣泛的需求。美國(guó)專利5954724《Titanium?Molybdenum?Hafnium?Alloys?For?Medical?Implants?And?Devices》開(kāi)發(fā)了Ti-7Mo-7Hf生物醫(yī)用鈦合金用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工脊椎等植入體，但是實(shí)驗(yàn)表明Ti-7Mo-7Hf雖然具有與人工骨相近的彈性模量，生物相容性好，但是其耐磨性能較差，植入體需要進(jìn)行多次更換，給臨床使用帶來(lái)很大的困難。TiC顆粒的硬度、熔點(diǎn)、比強(qiáng)度和比剛度高以及化學(xué)穩(wěn)定性好，特別是TiC顆粒與鈦基體匹配性能好以及在基體中很難形成反應(yīng)層，因此可作為顆粒增強(qiáng)相添加到鈦合金中制備鈦基復(fù)合材料來(lái)提高基體的耐磨性能以及高溫力學(xué)性能。但是目前尚無(wú)研究開(kāi)發(fā)TiC顆粒增強(qiáng)Ti-7Mo-7Hf基體復(fù)合材料的公開(kāi)報(bào)道。

由于Hf的熔點(diǎn)為2233℃，Mo的熔點(diǎn)2610℃，Ti的熔點(diǎn)為1678℃基體合金熔點(diǎn)相差較大，采用熔鑄方法制備Ti-7Mo-7Hf合金就需要進(jìn)行多次中間合金的熔煉才使得成分均勻，在熔鑄過(guò)程中，采用外加法向Ti-7Mo-7Hf合金中添加TiC顆粒或者采用原位法添加碳元素，材料的制備難度非常大，并且工藝控制難度大，生產(chǎn)成本高。

如果采用傳統(tǒng)的粉末冶金方法制備鈦基復(fù)合材料，可能的工藝路徑有：

Ti粉，Mo粉，Hf粉等元素粉以及TiC顆粒充分混合后壓制燒結(jié)，但是Mo和Hf的熔點(diǎn)高，燒結(jié)難度很大；如果采用Ti-Mo-Hf預(yù)合金粉和TiC顆粒充分混合后壓制燒結(jié)，則一方面，Ti-Mo-Hf預(yù)合金粉的制備成本高，另一方面，由于TiC顆粒屬于采用外加法進(jìn)行添加，TiC顆粒表面容易被污染，從而造成界面性能變差影響復(fù)合材料的綜合性能。

中國(guó)專利200910311943《一種顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料及制備方法》，其目的在于提升鈦合金的力學(xué)性能，采用其制備方法，可以得到TiC顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料，但由于其制備工藝的局限，導(dǎo)致其得到的TiC顆粒尺寸較大，對(duì)顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的耐磨性能存在不利因素。因此，直接采用中國(guó)專利200910311943公開(kāi)的方法制備生物醫(yī)用TiC顆粒增強(qiáng)Ti-7Mo-7Hf復(fù)合材料，并不能克服Ti-7Mo-7Hf耐磨性能較差的缺陷。

上述分析表明，現(xiàn)有工藝方法對(duì)于制備TiC顆粒增強(qiáng)Ti-7Mo-7Hf基體復(fù)合材料均存在不利因素。有必要開(kāi)發(fā)相關(guān)工藝制備TiC顆粒增強(qiáng)Ti-7Mo-7Hf基體復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種較Ti-7Mo-7Hf鈦合金耐磨性能明顯提升，彈性模量相近的TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種工藝流程短，設(shè)備投入少，成本低的TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明一種TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括基體合金和增強(qiáng)相，所述基體合金為Ti-Mo-Hf合金，增強(qiáng)相為TiC顆粒，且TiC顆粒占基體合金體積的3%-6%，優(yōu)選為3.7%-4.7%，所述基體合金由下述組分按質(zhì)量百分比組成：

Mo4.9-9%，優(yōu)選為6-7%；

Hf4.9-9%，優(yōu)選為6-7%；

余量為Ti。

本發(fā)明一種TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料，所述TiC顆粒的粒度為3-5μm。

本發(fā)明一種TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟：

按設(shè)計(jì)的復(fù)合材料組分配比，分別取Mo2C粉末、HfC粉末、氫化脫氫鈦粉混合均勻后，壓制成型，先以90-110℃/h的速度升溫到600-800℃進(jìn)行真空燒結(jié)2-4小時(shí)，然后，以190-210℃/h的速度升溫到1200-1400℃進(jìn)行真空燒結(jié)1-2小時(shí)，隨爐冷卻，得到TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料。

本發(fā)明一種TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料的制備方法，所述Mo2C粉末與HfC粉末的粒度均為8-10微米，氫化脫氫鈦粉的粒度為-100目。

本發(fā)明一種TiC顆粒增強(qiáng)Ti-Mo-Hf復(fù)合材料的制備方法，將按比例配制的粉末采用V型混料機(jī)或球磨機(jī)混合均勻。