[發明專利]一種粉末冶金鈦鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910068972.7
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109694971B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 李建波;李娜;魯小芳;陳先華;潘復生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C30/00;C22C1/05;B22F3/105
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

本發明公開了一種粉末冶金鈦鋁基復合材料及其制備方法，該復合材料包括以下重量百分比的元素粉末組分：Ti粉30.0~40.0％、TiO₂粉2.0~8.0％、Nb₂O₅粉1.0~5.0％，余量為Al粉。本發明以元素粉末為原料，通過高能球磨就能夠實現合金元素之間的合金化，制得鈦鋁基復合材料，制備方法簡單易操作，制備工藝流程簡單，設備操作簡便，原材料廉價易得。得到的復合材料組織顆粒細小，可達到納米級，分布均勻，具有更高的抗彎強度、抗壓強度、硬度和界面強度，進而提高了其穩定性和耐磨性，實現了在成本低廉的情況下能夠得到性能更為優良的鈦鋁基復合材料，在高溫結構材料領域具有更廣泛地應用。

技術領域

本發明涉及鈦鋁基復合材料的制備方法，尤其涉及一種粉末冶金鈦鋁基復合材料及其制備方法，屬于高溫結構材料加工技術領域。

背景技術

目前，隨著我國工業的高速發展，對材料的應用方面有著越來越高的要求，而鈦鋁基合金，作為一種新興的金屬化合物結構材料，擁有著高熔點、低密度、高比強度、高比模量等一系列的特點，除此之外，在高溫下仍然能夠保持足夠高的強度和剛度，并且具有良好的抗蠕變及抗氧化性能等突出特點。這使其成為應用于航空、航天等高溫技術領域最具潛力的高溫結構材料。

鈦鋁基復合材料大多是通過傳統的鑄造方法來進行制備的，將鈦粉和鋁粉熔融之后直接進行合金化處理，而由此得到的鑄態組織通常為粗大的樹枝晶狀，存在縮孔疏松和成分偏析，導致其脆性增大，室溫延展性很低從而成形性很差，在使用過程中會影響性能，降低使用壽命，除此之外，傳統的鑄造方法所花費的成本很高，生產效益低，應用不廣泛。因此需要找到一種可以代替鑄造的制備方法，在更低的成本下得到性能更優良的鈦鋁基復合材料。

粉末冶金法能夠有效減少材料宏觀偏析、細化晶粒，避免困難的鑄錠開坯而直接進行常規鍛造或軋制成型，目前是國內外研究的熱點。如專利號CN201210131206.9公開了一種粉末冶金超細晶鈦鋁基合金板材的制備方法，采用旋轉電極霧化法制取預合金，經過成形和燒結，制備得到鈦鋁基合金板材，但該方法中預合金法使用預合金粉末(一般為霧化法，旋轉電極法制備)，采用熱壓燒結、熱等靜壓燒結、放電等離子燒結等強化燒結工藝進行致密化。預合金粉的制備對設備要求高，產量低，生產成本很高。并且預合金粉粒度一般較粗(30～200m)，形貌為球形或類球形，比表面積小，燒結性能差，所以必須采用強化燒結工藝才能制備高致密度的合金材料，而這些燒結方法同樣對設備要求高，成本高，限制了其應用范圍。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種粉末冶金鈦鋁基復合材料及其制備方法，解決現有制備方法存在成本高、工藝復雜、設備要求高和性能不佳等問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：一種粉末冶金鈦鋁基復合材料，包括以下重量百分比的元素粉末組分：Ti粉30.0~40.0％、TiO₂粉 2.0~8.0％、Nb₂O₅粉 1.0~5.0％，余量為Al粉。選擇該配比能夠直接使元素粉末通過高能球磨進行合金化形成γ-TiAl基體，并且原位合成質量分數約為10%~15%的彌散分布的第二相Al₂O₃顆粒，無需通過外界添加第二相顆粒，也就不會污染復合材料之間的界面，提高復合材料界面的結合強度。生成的第二相Al₂O₃顆粒能夠細化TiAl組織顆粒，同時Nb₂O₅顆粒的添加為復合材料增加了一定的室溫延展性。

上述粉末冶金鈦鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1）按元素粉末組分進行配料，然后將其放入真空球磨機，再添加鋼球和球磨介質后進行高能球磨，使所述元素粉末完成合金化；

2）將球磨合金化的粉末經干燥、放電等離子燒結后，即得到所述粉末冶金鈦鋁基復合材料。