[發(fā)明專利]一種兩步燒結(jié)法制備化學(xué)改性的鈦基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010974613.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN112111664B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉;韓子茹;王慶娟;高原;程鵬;王快社
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/05
• 分類號(hào): C22C1/05;C22C1/10;C22C14/00;B22F3/105;B22F9/04;B22F1/14;B22F1/145
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開了一種兩步燒結(jié)法制備化學(xué)改性的鈦基復(fù)合材料及其制備方法，所述制備方法包括：(1)納米級(jí)TiC粉、石墨烯和Ti?Al系預(yù)合金粉為原料。(2)TiC粉置入A溶液中分散，后分批次加入Ti?Al系預(yù)合金粉，得到混合液；(3)石墨烯置入B溶液，后將其滴入混合液中得到混合懸濁液，使各粉末通過化學(xué)改性的方法結(jié)合；(4)混合懸濁液球磨，干燥，過篩；(5)過篩后的粉放入模具中進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，采用兩步燒結(jié)法，爐冷至室溫取出，即得到本發(fā)明的界面結(jié)合優(yōu)異的鈦基復(fù)合材料。本發(fā)明改善了金屬基與非金屬添加相的界面結(jié)合問題，有效保留了石墨烯的結(jié)構(gòu)完整。工藝簡(jiǎn)單，可使用范圍廣。材料的致密度、硬度、摩擦系數(shù)和磨損率都顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦基復(fù)合材料制造和粉末冶金領(lǐng)域，特別涉及一種兩步燒結(jié)法制備化學(xué)改性的鈦基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

Ti-Al系合金因其輕質(zhì)、室溫塑性好、斷裂韌性高、抗蠕變、疲勞和抗氧化性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的首選材料之一。然而，現(xiàn)代航天飛行器飛行速度更高，現(xiàn)有傳統(tǒng)高溫鈦合金無法滿足使用要求。引入石墨烯作為增強(qiáng)體，發(fā)展石墨烯增強(qiáng)高溫鈦合金復(fù)合材料是突破傳統(tǒng)高溫鈦合金熱障溫度有效手段之一。然而石墨烯在該類復(fù)合材料中相容性差以及與基體界面結(jié)合不緊密這些問題導(dǎo)致了無法實(shí)現(xiàn)其固有改性效果，從而制約該材料的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種兩步燒結(jié)法制備化學(xué)改性的鈦基復(fù)合材料及其制備方法，以解決如何提高Ti-Al基復(fù)合材料與石墨烯的界面結(jié)合問題，同時(shí)提高Ti-Al基復(fù)合材料的耐磨性和致密度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種兩步燒結(jié)法制備化學(xué)改性的鈦基復(fù)合材料的方法，包括如下過程：

將石墨烯懸濁液加入碳化鈦粉末與Ti-Al系預(yù)合金粉形成的均勻的混合液中，加入過程中，持續(xù)進(jìn)行超聲分散，石墨烯、碳化鈦粉末與Ti-Al系預(yù)合金粉之間形成化學(xué)鍵，得到懸濁液，其中，Ti-Al系預(yù)合金粉、石墨烯和碳化鈦粉的質(zhì)量比為1：(0.002-0.02)：(0.01-0.03)；

對(duì)所述混合懸濁液球磨、干燥、過篩后得到混合粉料；

將所述混合粉料按照兩步燒結(jié)法進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，按照兩步燒結(jié)法進(jìn)行放電等離子燒結(jié)時(shí)，先升溫至第一溫度并進(jìn)行保溫，使碳化鈦粉末熔化，待碳化鈦粉末熔化后，降溫至第二溫度并進(jìn)行保溫，使碳化鈦轉(zhuǎn)化成碳化鈦晶粒，待碳化鈦轉(zhuǎn)化成碳化鈦晶粒后；燒結(jié)完畢，隨爐冷卻至室溫，得到化學(xué)改性的鈦基復(fù)合材料。

優(yōu)選的，石墨烯懸濁液的制備過程包括：

將墨烯加入到溶液B中超聲分散得到石墨烯懸濁液，所述溶液B為含有聚乙烯吡咯烷酮的N-甲基吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮的含量為N-甲基吡咯烷酮質(zhì)量的1％-3％，超聲時(shí)間為0.5h～2h。

優(yōu)選的，碳化鈦粉末與Ti-Al系預(yù)合金粉形成的均勻的混合液的制備過程包括：

將碳化鈦粉末置入溶液A中超聲分散，得到碳化鈦懸濁液，將Ti-Al系預(yù)合金粉加入碳化鈦懸濁液中超聲分散，得到混合液；

使用水浴超聲分散，使用的溶液A為添加有聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮的無水乙醇，其中，聚乙二醇的含量為無水乙醇質(zhì)量的1％-4％，聚乙烯吡咯烷酮的含量為無水乙醇質(zhì)量的1％-4％。

優(yōu)選的，碳化鈦粉的粒度為0.1μm～1μm。

優(yōu)選的，Ti-Al系預(yù)合金粉的粒度為40μm～80μm。

優(yōu)選的，石墨烯片徑為5μm～10μm，厚度為3nm～10nm。

優(yōu)選的，對(duì)球磨后的混合懸濁液干燥時(shí)，采用真空干燥，真空干燥溫度為90℃～150℃，干燥時(shí)間為10小時(shí)～18小時(shí)。