[發明專利]一種提高鈦基復合材料的熱變形性能的方法

有效

• 申請號: 202110061837.7
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112899517B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 王亮;顏卉;姜博濤;劉鴻燦;王斌斌;駱良順;蘇彥慶;郭景杰;傅恒志
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02;C22C1/03;C22C14/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

本發明公開了一種提高鈦基復合材料的熱變形性能的方法，屬于金屬基復合材料及制備技術領域。本發明解決現有鈦基復合材料熱變形的變形抗力高、變形缺陷多等技術問題。本發明包括以下步驟：1)預處理制備鈦基復合材料的原料，加入TiB₂粉末，置于水冷銅坩堝中；2)抽真空后通入氬氣和氫氣，熔煉，得到改善熱變形性的鈦基復合材料。本發明可以使鈦基復合材料的熱變形抗力顯著降低，峰值應力降低，相同峰值應力下的變形溫度降低，且變形后沒有幾乎不存在如界面孔洞和變形開裂等缺陷，材料的熱變形性能大大提高。此外，本發明還具有經濟、安全、新穎、可靠等優點，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種提高鈦基復合材料的熱變形性能的方法，屬于金屬基復合材料及制備技術領域。

背景技術

隨著航空航天領域的不斷發展，對于各種性能優異的航空航天結構件的需求越來越大，同時輕量化也是發動機用材料的重要選擇標準與發展方向，傳統鈦合金在這樣的發展趨勢下已經較難適用，于是提出了鈦基復合材料的概念，即將一些陶瓷增強體植入鈦合金中所形成的一種金屬基復合材料。這種復合材料可以繼承鈦合金的延展性與韌性，兼備陶瓷增強體的高強度、高模量等性能，從而使得鈦基復合材料具有了更高的比強度和比模量，具有極佳的綜合性能。

原位反應合成的TiB增強鈦基復合材料中的TiB晶須分布均勻，與鈦合金基體結合界面干凈，反應過程迅速，生產成本較低，且具有優異的比強度和出色的高溫性能，是理想的航空航天材料。TiB增強鈦基復合材料鑄錠通常需要開坯鍛造等熱變形加工以滿足各類零件的形狀需求，如薄板、型材、管線等。熱變形既可以提升零件的致密度，還可以進行變形強化，提高材料的強度和塑性。然而陶瓷增強體會大大增加材料的變形抗力，導致變形困難，引起TiB與基體間界面的孔洞，甚至導致材料開裂，增加廢品率。傳統方法如提高變形溫度和降低變形速率都可以降低變形抗力，減少孔洞、開裂等缺陷，但這些方法成本過高、時間過長、能耗過大，大大降低了生產效率，增加了生產成本。因此迫切需要一種方法解決TiB增強鈦基復合材料高溫變形過程所面臨的困難，以減少變形缺陷、提高成品率，且降低成本、提高效率。

發明內容

本發明為了解決現有TiB增強鈦基復合材料熱變形的變形抗力高、變形缺陷多等技術問題，提供一種提高熱變形性能的方法。

一種提高鈦基復合材料的熱變形性能的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，預處理制備鈦基復合材料的原料，加入TiB₂粉末，置于水冷銅坩堝中；

步驟2，抽真空后通入氬氣和氫氣，熔煉，得到改善熱變形性的鈦基復合材料。

進一步地，步驟1中預處理的操作過程具體為：依次使用丙酮和無水乙醇進行超聲清洗，清洗后置于干燥箱中，100℃下干燥處理4h。

進一步地，原料為海綿鈦，以及需要添加的合金元素種類對應的元素單質或中間合金。

進一步地，步驟2中氬氣和氫氣的純度為99.999％。

進一步地，步驟2中氬氣和氫氣的流量比為2:3。

進一步地，步驟2中抽真空后真空度為3×10^-3Pa。

進一步地，步驟2中熔煉的操作過程具體為：初始電流120A熔化所有原料后，電流升至500A，保持電流不變，熔煉10min后停止；待材料凝固后上下翻轉倒置于水冷銅坩堝中，重復熔煉操作。

更進一步地，熔煉操作共6次。

進一步地，熔煉設備為真空非自耗電弧爐。