[發(fā)明專利]一種原位納米TiB晶須增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法

在審

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• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111014669A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉允中;周志光;詹強(qiáng)坤;王凱冬;劉小輝
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F9/04;B22F3/24;C22C49/11;C22C49/14;C22C47/14;B33Y10/00;B33Y70/10;C22C101/22
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發(fā)明公開了一種原位納米TiB晶須增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法，屬于鈦基復(fù)合材料及增材制造技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：S1、選用納米TiB₂顆粒和微米TC4鈦合金粉末，在手套箱中按比例稱量上述兩種粉末置于球磨罐中；S2、將混合粉末置于行星式球磨機(jī)上進(jìn)行短時(shí)低能球磨以制備納米TiB₂顆粒均勻鑲嵌于TC4鈦合金粉末表面的復(fù)合粉末；S3、將復(fù)合粉末用于激光選區(qū)熔化(SLM)成形制備原位納米TiB晶須增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料；S4、將SLM成形試樣連同基板在真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行去應(yīng)力退火，再用線切割將試樣從基板上切割下來。本發(fā)明制備的鈦基復(fù)合材料晶粒細(xì)化明顯，強(qiáng)度、硬度、耐磨性顯著提高，在航空航天等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦基復(fù)合材料及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種原位納米TiB晶須增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

鈦基復(fù)合材料具有比鈦合金更高的比強(qiáng)度及更優(yōu)異的耐磨性、高溫性能,在航空航天、武器裝備等領(lǐng)域，是提高力學(xué)性能、降低重量、提高效能的最佳候選材料之一。其中，原位自生法是通過化學(xué)反應(yīng)在基體內(nèi)生成增強(qiáng)相，可以得到界面結(jié)合良好、干凈無污染的復(fù)合材料。非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料具有各向同性、成本較低等特點(diǎn)，成為目前主要研究方向，尤其是TiB晶須和TiC顆粒被認(rèn)為是鈦基復(fù)合材料中最佳的增強(qiáng)相。近年來，主要采用熔鑄法和粉末冶金法制備非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料。然而，熔鑄法存在晶粒粗大、缺陷較多、增強(qiáng)相粗化且主要團(tuán)聚在晶界上的現(xiàn)象，通常需進(jìn)一步熱加工以提高其力學(xué)性能，再經(jīng)機(jī)加工制成具有一定形狀的零件。鈦合金機(jī)加工時(shí)存在切削溫度高、化學(xué)活性強(qiáng)、粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重等問題，而鈦基復(fù)合材料相比其基體鈦合金機(jī)加工難度更高。因此，熔鑄法制備鈦基復(fù)合材料存在能耗高、材料利用率低、切削刀具損耗嚴(yán)重的問題。粉末冶金法是鈦基復(fù)合材料最早應(yīng)用也是采用最多的制備方法，制備的材料室溫及高溫性能相比基體材料均有明顯的提高。如：黃陸軍等人采用此法成功制備不同增強(qiáng)相含量的(TiB+TiC)/TC4鈦基復(fù)合材料，其中3vol.％(TiB+TiC)/TC4鈦基復(fù)合材料強(qiáng)化效果較好，屈服強(qiáng)度為1066MPa，抗拉強(qiáng)度為1129MPa，延伸率為2.4％。(In situ(TiBw+TiCp)/Ti₆Al₄V composites with anetworkreinforcement distribution，Materials Science and Engineering A 527(2010)6723–6727)。但粉末冶金法對設(shè)備要求高，工序復(fù)雜，成本較高，難以制備大型零件、復(fù)雜形狀零件及大批量生產(chǎn)。