[發(fā)明專利]一種氫輔粉末冶金鈦基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010877927.9
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112063869B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋宇超;雷鵬;斯塔西克·亞歷山大;薩瓦金·德米特里;伊娃希辛·奧列斯特;程拓
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C14/00;B22F3/02;B22F3/10;B22F3/24;B22F9/04
• 代理公司: 濟(jì)南聯(lián)合竟成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37371
• 代理人: 倫文知

本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，具體涉及一種氫輔粉末冶金硼化鈦（TiB）增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）將原料（鈦粉或氫化鈦粉、合金粉、含硼粉）混合并壓制形成坯料；（2）將步驟（1）所得坯料真空燒結(jié)；（3）氫化并球磨步驟（2）所得坯料形成含氫預(yù)合金粉，壓制形成坯料；（4）將步驟（3）所得坯料再次真空燒結(jié)，得到致密度高且增強(qiáng)相均勻分布的鈦基復(fù)合材料。第一次燒結(jié)后坯料孔隙率高，增強(qiáng)相與合金元素在基體中分布不均勻且存在未完全反應(yīng)殘余硼化物相和中間相;將其氫化球磨。氫化處理使鈦合金基體轉(zhuǎn)化為低強(qiáng)度脆性材料，易球磨形成預(yù)合金氫化粉末。球磨工序使預(yù)合金粉充分混合增強(qiáng)了最終產(chǎn)品的均勻性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，具體涉及一種氫輔粉末冶金鈦基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

陶瓷增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料顯著提高了鈦合金硬度和耐磨性，得到了廣泛的研究和發(fā)展。原位生成硼化鈦（TiB）因楊氏模量高、熱膨脹系數(shù)和密度與鈦基體類似且冶金結(jié)合界面良好，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ拟伜辖鸩牧显鰪?qiáng)相之一。

傳統(tǒng)鑄造工藝（IM）通過高溫熔融結(jié)晶反應(yīng)在鈦基體中生成TiB相，通常需要軋制、擠壓等二次熱加工來改善鑄態(tài)缺陷并細(xì)化復(fù)合材料組織。TiB相增強(qiáng)鈦和鈦合金基復(fù)合材料也可以采用粉末技術(shù)制備。預(yù)合金化（PA）粉末冶金工藝是一種較為復(fù)雜的方法，它通常包括熔化原料和生產(chǎn)所需成分的熔體、用惰性氣體霧化熔體以獲得快速冷卻的預(yù)合金粉末，通過熱加工操作將預(yù)合金粉末壓制到坯料中并燒結(jié)，以獲得理想的顯微組織。然而如何限制TiB生成相在過共析反應(yīng)中粗化生長成為限制IM/PA工藝的主要障礙?；旌显胤勰┮苯鸱ǎ˙EPM）由于不包含熔化工序可大幅降低生產(chǎn)成本。該工藝采用鈦粉或氫化鈦（TiH₂）粉、合金粉與硼化物粉（如TiB₂、B₄C、B）經(jīng)混粉后高溫?zé)Y(jié)生成以原位生成TiB為增強(qiáng)相的鈦或鈦合金基復(fù)合材料。然而，壓制-燒結(jié)BEPM工藝通常會導(dǎo)致燒結(jié)態(tài)孔隙率過大，因此需要引入復(fù)雜的熱變形工藝來致密化結(jié)構(gòu)，以滿足應(yīng)用要求。使用BEPM工藝制備TiB增強(qiáng)復(fù)合材料的其他缺點(diǎn)包含初始含硼粉末沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)門iB相，生產(chǎn)的復(fù)合材料微觀組織均勻性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種鈦和鈦合金基TiB增強(qiáng)復(fù)合材料的氫輔粉末冶金制備方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：一種氫輔粉末冶金鈦基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將原料混粉并壓制形成坯料，其中原料包含鈦粉或氫化鈦粉與硼或含硼化合物粉末；

（2）將步驟（1）得到的坯料進(jìn)行第一次真空燒結(jié)，冷卻至室溫；

（3）氫化并球磨步驟（2）得到的燒結(jié)坯料生成預(yù)合金粉，壓制形成坯料；

（4）將步驟（3）得到的坯料進(jìn)行第二次真空燒結(jié)，得到鈦基復(fù)合材料。

初始含硼粉末可以為TiB₂，B，B₄C等。

步驟（3）中，氫化并球磨具體為將第一次真空燒結(jié)得到的工件在氫氣氛圍保護(hù)爐進(jìn)行還原反應(yīng)，然后球磨得到預(yù)合金粉。

步驟（1）中，原料還包括合金粉末（金屬或中間合金），以實(shí)現(xiàn)與所生產(chǎn)的鈦合金基體的理論成分相對應(yīng)的粉末混合物的成分構(gòu)成。本發(fā)明的合金粉末含有用于制造鈦合金基體的元素，其可以是金屬粉末（如礬、鉬、鐵、鈮、鉭等）和中間合金（如鋁礬、鋁礬鐵、鋁礬鉬鉻等）的一種或多種復(fù)合。