[發明專利]一種球磨混粉-放電等離子燒結鈦基復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 202010320323.4
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111378871B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 李建偉;高國慶;汝金明;周玉華;許曉靜
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/05;B22F3/105;B22F1/00;C22C1/10
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種球磨混粉?放電等離子燒結鈦基復合材料及制備方法，其特征在于：它的制備原料為Ti?15Mo?3Al?2.7Nb?0.2Si粉和納米GNP粉末；制備方法為首先，將納米GNP粉末分散均勻，再將Ti?15Mo?3Al?2.7Nb?0.2Si粉和納米GNP粉末進行濕磨，混合均勻后將球磨所得的粉料過篩，干燥，然后將混合粉末倒入?30 mm的石墨模具中，在DR.SINTER型LABOX325設備中進行放電等離子燒結，使得Ti?15Mo?3Al?2.7Nb?0.2Si粉和納米GNP粉末進一步合金化。本發明提供的SPS燒結的Ti?15Mo?3Al?2.7Nb?0.2Si?xGNP復合材料成分均勻和抗氧化性等均有一定程度的提高。

技術領域

本發明涉及一種復合材料技術，尤其是一種球磨-放電等離子燒結制備Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP復合材料的技術，具體地說是一種提高抗氧化性能的Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP復合材料及其制備方法。

背景技術

鈦合金及其復合材料具有輕質高強、優良的抗氧化和耐腐蝕性能等特點，在航空、航天、航海、軍事工業、石油化工等高溫領域有著廣泛的應用。隨著鈦合金及其復合材料使用溫度的不斷提高，傳統的鈦及鈦合金材料在高溫環境下已難以滿足使用要求，因此，在高溫領域，鈦合金及其復合材料逐漸向高溫高性能方向發展。鈦基復合材料經過幾十年的發展，主要可分為連續纖維增強鈦基復合材料和非連續增強復合材料兩大類。連續纖維增強鈦基復合材料由于纖維價格昂貴、各向異性、二次加工難等缺點，應用范圍大大受限，而非連續增強鈦基復合材料具有成本低、各向同性、易于加工等特點，是鈦基復合材料發展的重要研究方向。非連續增強鈦基復合材料中添加的增強體不僅可顯著提高材料的強度、彈性模量等機械性能，同時還可以提升材料的功能特性，可以滿足航空、航天、軍事工業等領域的高技術裝備對結構功能一體化材料的高要求。

常用的鈦基復合材料增強體主要有TiB₂，TiN，B₄C，ZrC，SiC，TiB，TiC，Si₃N₄和Al₂O₃等，近年來又發展了碳納米管、石墨烯等碳基材料作為增強體。與其他增強體相比，石墨烯具有較高的強度(130GPa)、較高的彈性模量(1.0TPa)、更大的比表面積等，在復合材料中可以提供更大的界面。此外，添加石墨烯后可以原位生成TiC等碳化物顆粒，可以進一步提高復合材料的綜合性能。因此，選用石墨烯作為鈦基復合材料的增強體具有很高的應用價值和廣闊的研究前景。

發明內容

本發明的目的是針對現有的鈦基復合材料制備工藝復雜，性能難以提高的問題，發明一種采用“球磨混粉-放電等離子燒結”工藝制備Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP復合材料的方法。該方法操作簡單，成本低廉，所獲得的鈦基復合材料具有優良的抗氧化性能。

本發明的技術方案之一是：

一種SPS燒結Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP復合材料，其特征在于：由Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si粉和納米GNP粉末復合燒結制備而成，Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP復合粉末的組成如下，其中，Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si粉以20g為一個當量，納米GNP粉末的重量是：x wt.%當量， x的取值范圍為0.2-0.8。

本發明的技術方案之二是：

一種SPS燒結Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP復合材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟：