[發明專利]一種阻燃石墨烯鈦鋁基復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201810164334.0
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108411154B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 弭光寶;曹京霞;黃旭
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C30/00;C22C1/05
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

本發明屬于鈦合金材料技術領域，涉及一種阻燃石墨烯鈦鋁基復合材料及制備方法。該復合材料包括按質量百分比計的組成為：0.01～1wt％的氧化石墨烯和鈦鋁系化合物。采用控溫機械攪拌、抽真空處理和熱等靜壓等相結合的方法，改善了氧化石墨烯和鈦鋁系化合物混合粉末的界面結合特性，提高了混合粉末的松裝密度和后續成型性，而且使氧化石墨烯基本上分解形成石墨烯并均勻分散，充分發揮了石墨烯的優異機械性能和物理化學性能，獲得復合材料的阻燃性能比普通高溫鈦合金高2倍以上，且熱強性更好，為解決航空發動機鈦火提供了全新的技術方案。本發明為新材料概念，制備工藝流程短、參數控制精確，適合批量制備。

技術領域

本發明屬于鈦合金材料技術領域，涉及一種鈦基復合材料及制備方法，尤其是涉及一種阻燃石墨烯鈦鋁基復合材料及制備方法。

背景技術

高性能先進航空發動機對鈦用量提高的需求與鈦火傾向性增大的尖銳矛盾凸顯，致使鈦火事故頻發。有效預防鈦火、提高壓氣機的鈦用量是目前和未來先進航空發動機技術面臨的重大難題之一。

鈦鋁系化合物材料以其高蠕變抗力、高阻燃性能等優勢，成為先進航空發動機高溫結構應用最有潛力的材料之一，用于高壓壓氣機和低壓渦輪的葉片等關鍵零部件。然而，鈦鋁系化合物的室溫塑性、耐磨性等性能較差，不能滿足未來高性能/新概念航空發動機預防鈦火的迫切需求。

石墨烯因具有優異的機械性能和物理化學性能而迅速成為功能與結構一體化材料的理想納米填料，為具有阻燃功能的鈦鋁基復合材料研制提供了新的思路。然而，石墨烯自身容易團聚且與鈦在很低的溫度下就會發生化學反應等問題，制約了其在鈦鋁基合金中大量應用。目前公開的文獻報道中，采用“球磨元素混合法+放電等離子燒結”或“干法混合+放電等離子燒結”等工藝技術，均不能將石墨烯均勻混合到鈦鋁基合金中。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的問題而設計提出一種阻燃石墨烯鈦鋁基復合材料及制備方法。

本發明的技術方案是，

一種阻燃石墨烯鈦鋁基復合材料包括按質量百分比計的下述組成：氧化石墨烯為0.01～1wt％，其余為鈦鋁系化合物。

所述鈦鋁系化合物的組成按原子百分比計為：Al：45～47at％，Cr：1～2at％，Nb：2～5at％，Ta：0～2at％，W：0～2at％，Mo：0～2at％，Zr：0～2at％，Hf：0～2at％，B：0～0.2at％，Si：0～0.2at％，O：0～0.25at％，其余為Ti。

優選地，所述鈦鋁系化合物的組成按原子百分比計為：Al：45～47at％，Cr：1～2at％，Nb：3～5at％，Ta：0.1～0.3at％，B：0～0.1at％，Si：0～0.1at％，其余為Ti。

一種制備本發明所述的阻燃石墨烯鈦鋁基復合材料的方法，包括以下步驟：

(1)將鈦鋁系化合物粉末質量的0.01～1wt％的氧化石墨烯納米片添加至無水乙醇中，然后利用超聲細胞粉碎機進行分散處理30min以上，工作頻率為振動2s、間隙3s，制備出氧化石墨烯溶液；

(2)將粒徑為30～150μm、含氧量小于1000ppm的球形或近球形鈦鋁系化合物粉末與步驟(1)的氧化石墨烯溶液在控溫機械攪拌器中進行攪拌混合，制備出氧化石墨烯和鈦鋁系化合物混合粉末漿料，攪拌速度為500～1200r/min，攪拌時間為50～120min，攪拌溫度為50～70℃；

(3)將步驟(2)的氧化石墨烯和鈦鋁系化合物混合粉末的漿料在50～60℃的烘箱內干燥處理5～10h，得到氧化石墨烯和鈦鋁系化合物混合粉末；