[發明專利]45°拐角等通道反復擠壓制備超高強度鈦基復合材料的方法

有效

• 申請號: 201610443034.7
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN106011514B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 徐淑波;景財年;林曉娟;鄭偉;任國成;范小紅
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及材料納米化及復合材料制備技術領域，特別涉及具有大體積、大塊狀納米晶粒組織的鈦基多孔燒結復合材料及其制備方法。

背景技術

鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。通過在鈦金屬中添加其它元素可做成鈦基合金及復合材料。

目前高強鈦基復合材料得到進一步發展。鈦基復合材料主要用于制作飛機發動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件及航天器等，作為航空航天結構件材料，對鈦基復合材料強度提出了更高的要求，通常材料的內部微觀結構對材料外在宏觀力學性能具有重要影響，一般材料的晶粒組織越細小，材料的強度更高，因此獲得具有納米晶組織的鈦基復合材料十分必要，本發明在于開發一種具有納米晶組織的鈦基多孔燒結復合材料及其制備方法。

通過球磨法可以獲得納米材料，但通過獲得材料具有微孔隙。通過化學氣相沉積法也可獲得納米材料，但多為化合物，很難制備塊體納米金屬。通過將鈦基復合材料各成分按比例配制成毛坯燒結后，將毛坯裝入包套通過45°拐角等通道反復擠壓劇烈塑性變形獲得具有納米晶粒組織的鈦基多孔燒結復合材料，獲得的鈦基復合材料具有納米微觀結構，其外在宏觀力學性能能夠得到極大提升，采用該方法制備具有大體積、大塊狀納米晶粒組織的鈦基多孔燒結復合材料可用做新一代航空、航天器、核電管道及法蘭以及穿甲等高硬、高強材料。

發明內容

本發明專利的目的是：針對現有技術不足，提供了一種具有顯著的晶粒細化組織、材料硬度和強度顯著提高的新型鈦基多孔燒結復合材料。

本發明是通過如下技術方案來實現：

本發明所提供的具有納米晶組織的鈦基多孔燒結復合材料以鈦、鋁、鉬和釩為組元，其組成可用aTi-bAL-cMo-dV-eNi表示，其中a：83-89，b：5-8，c：1-3，d：5-8，e：1-2且a+b+c+d+e=100。具有納米晶組織的鈦基多孔燒結復合材料，其特殊之處是：其是以高強鈦合金或Ti、Al、Mo、V、Ni系鈦合金作為基體材料，通過在所述基體材料的成分磨成細粉末（材料顆粒小于10μm）。

本發明提供一種上述具有納米晶組織的鈦基多孔燒結復合材料及其制備方法，包括如下步驟：

（1）配料制坯：按一定比例制成具有一定強度和密度的aTi-bAL-cMo-dV-eNi擠壓毛坯（相對密度約為0.81）；

（2）燒結：經850℃真空高溫燒結5小時后，將其加工成D10mm×58mm的棒狀試樣；

（3）獲得大應變：將試樣裝入包套，包套外表尺寸為D12mm×60mm，內腔尺寸為D10mm×58mm，通過45°拐角等通道反復擠壓獲得具有納米晶粒組織的鈦基多孔燒結復合材料，45°拐角等通道反復擠壓參數為：沖頭的擠壓速度為1mm/s。

本發明采用的45°拐角等通道反復擠壓技術來源于現有的等通道角擠壓技術（Equal Channel Angular Pressing，ECAP）。ECAP的原理在于擠壓件通過兩個成一定角度的等橫截面管道的模具多次擠出，而獲得足夠的累積應變達到晶粒細化。但是，該方法模具拐角大于90°，而且制備的超細晶材料試樣為相關金屬及合金，在擠壓過程中需要將擠壓件擠出后重復放入模具再次擠壓，工藝不易實現自動化。針對存在的上述問題，本發明采用的45°拐角等通道反復擠壓技術在擠壓過程中采用雙沖頭擠壓，在擠壓過程中無需取件即可實現反復擠壓，累積足夠等效應變，達到晶粒細化。

為了便于金屬粉末在燒結過程中更好互相結合產生細小晶粒，同時在45°拐角等通道反復擠壓下能更好產生破碎的晶界，所述金屬粉末粒度要小于10μm，同時加工成的毛坯為棒狀試樣，直徑介于10-20mm，長度為40-80mm。由于燒結后的材料塑性較差，需把試樣裝入包套，包套的尺寸可以依據棒狀試樣進行設計。

本發明提供的具有納米晶組織的鈦基多孔燒結復合材料與現有鈦基復合材料相比，其優點在于：

1．本發明的具有納米晶組織的鈦基多孔燒結復合材料具有優優良的低溫超塑變形能力，較現有材料的超塑變形溫度降低50%，同時強度提高70.1%。因此具有納米晶組織的鈦基多孔燒結復合材料可以在結構材料領域有更廣闊的的應用范圍。

2.本發明形成的具有納米晶組織的鈦基多孔燒結復合材料所需的45°拐角等通道反復擠壓所需載荷低，可以在很低的載荷下實現鈦基多孔燒結復合材料的納米晶組織，獲得的納米晶組織晶粒度小于300nm。