[發(fā)明專利]一種三維球團(tuán)復(fù)合構(gòu)型TiB增強(qiáng)TMCs及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011239448.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN112647029B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李樹豐;潘登;惠東旭;劉磊;張?chǎng)?/a>;魏楠楠;車妍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C47/14
• 分類號(hào): C22C47/14;C22C49/11;C22C49/14;B22F3/105;B22F9/04;C22C101/22
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發(fā)明公開了一種三維球團(tuán)復(fù)合構(gòu)型TiB增強(qiáng)TMCs及其制備方法，按照質(zhì)量百分比由以下組分組成：含硼鈦基球形復(fù)合粉末94wt.％～99wt.％，鋁粉的含量為1wt.％～6wt.％，以上組分的質(zhì)量百分比之和為100％；含硼球形鈦基復(fù)合粉中的TiB含量為2～5wt.％。所述方法涉及一種原位反應(yīng)和粉末冶金相結(jié)合的制備方法：利用氣霧化法制備的含硼鈦基球形復(fù)合粉末與鋁之間的反應(yīng)并固化燒結(jié)制備強(qiáng)韌性可調(diào)控的三維球團(tuán)狀結(jié)構(gòu)分布的TiB增強(qiáng)TMCs。其球團(tuán)間距、球團(tuán)數(shù)量是可控的，通過對(duì)該復(fù)合構(gòu)型的設(shè)計(jì)和調(diào)控，可在提升TMCs強(qiáng)度的同時(shí)，并保持良好塑性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種三維球團(tuán)復(fù)合構(gòu)型TiB增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料(TMCs)，還涉及上述TMCs的制備方法。

背景技術(shù)

非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料(DRTMCs)具有高比強(qiáng)度、比模量，耐腐蝕，良好的高溫力學(xué)性能和各向同性等優(yōu)點(diǎn)，在汽車器械、海洋設(shè)備、醫(yī)療器械、航空航天、軍事等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，采用熔鑄法或粉末冶金法通過原位反應(yīng)自生技術(shù)制備DRTMCs，被認(rèn)為是最佳的制備方法而廣泛使用。硼化鈦(TiB)具有低密度(4.56g/cm³)、高熔點(diǎn)(2200℃)、高模量(371GPa)等優(yōu)點(diǎn)，并且與鈦在熱力學(xué)上相容，密度相近，熱膨脹系數(shù)相差不到50％，兩者具有良好的物理化學(xué)相容性，故原位自生的TiB被視為TMCs最理想的增強(qiáng)相之一。

在DRTMCs傳統(tǒng)制備過程中，大部分研究人員通常追求增強(qiáng)相在基體中的均勻分布，越來越多的研究表明增強(qiáng)相均勻分布的DRTMCs僅表現(xiàn)出有限的增強(qiáng)效果和較差的塑韌性水平(El≈1％)，特別是粉末冶金制備的DRTMCs表現(xiàn)出很大的室溫脆性，這是由于均勻分布的增強(qiáng)相在提升材料強(qiáng)度的同時(shí)破壞了基體的連通性，導(dǎo)致材料在增強(qiáng)相與基體界面處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，嚴(yán)重影響材料的塑韌性，極大地限制了TMCs在航空航天、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用。

研究表明，改變?cè)鰪?qiáng)相分布狀態(tài)，不僅可解決粉末冶金法制備DRTMCs塑韌性差的問題，還可以進(jìn)一步提高DRTMCs的增強(qiáng)效果。黃陸軍等人基于增強(qiáng)相非均勻分布結(jié)合H-S理論與晶界強(qiáng)化理論設(shè)計(jì)出一種增強(qiáng)相呈準(zhǔn)連續(xù)網(wǎng)狀分布的復(fù)合構(gòu)型，該構(gòu)型相比傳統(tǒng)增強(qiáng)相均勻分布的TMCs表現(xiàn)出更優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。由此可見，基于增強(qiáng)相非均勻分布的復(fù)合構(gòu)型設(shè)計(jì)可成為改善傳統(tǒng)DRTMCs塑韌性的重要途徑。

因此，本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)增強(qiáng)相均勻分布的DRTMCs塑韌性較差的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種具有新型三維球團(tuán)狀結(jié)構(gòu)復(fù)合構(gòu)型的TiB增強(qiáng)TMCs，該材料以含硼鈦基復(fù)合粉末為主體，加入不同含量的鋁，通過粉末冶金的方法制備出具有三維球團(tuán)狀復(fù)合構(gòu)型的TiB增強(qiáng)TMCs，該復(fù)合材料其球團(tuán)間距、球團(tuán)數(shù)量及直徑均可調(diào)控，并通過對(duì)該復(fù)合構(gòu)型的設(shè)計(jì)和調(diào)控，在提升復(fù)合材料力學(xué)性能和硬度及耐磨性能等綜合性能的基礎(chǔ)上，改善TMCs的塑韌性。此外，本發(fā)明具有制備方法簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種三維球團(tuán)復(fù)合構(gòu)型TiB增強(qiáng)TMCs，該復(fù)合材料其球團(tuán)間距、球團(tuán)數(shù)量以及直徑是可控的。

本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供上述TMCs的制備方法。

本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是：一種三維球團(tuán)復(fù)合構(gòu)型TiB增強(qiáng)TMCs，按照質(zhì)量百分比由以下組分組成：含硼鈦基球形復(fù)合粉末94wt.％～99wt.％，鋁粉的含量為1wt.％～6wt.％，以上組分的質(zhì)量百分比之和為100％；

含硼球形鈦基復(fù)合粉中的TiB含量為1～5wt.％。

本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，

含硼鈦基復(fù)合粉末粒徑為15μm～200μm；鋁粉的粒徑為20μm～30μm。

復(fù)合材料為三維球團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，三維球團(tuán)狀結(jié)構(gòu)的物相組成為Ti和TiB，TiB為晶須狀，球團(tuán)結(jié)構(gòu)的大小為15μm～200μm；球團(tuán)外層結(jié)構(gòu)物相組成為Ti，其間距為40μm～60μm。