[發明專利]一種SPS燒結顆粒增強Ti-Al-Sn-Zr系耐高溫鈦基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110430074.9
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113278848B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 李建偉;彭仁;周凱祥;周玉華;汝金明;許曉靜
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C32/00;B22F3/105;C22C1/05
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本發明提供了一種SPS燒結顆粒增強Ti?Al?Sn?Zr系耐高溫鈦基復合材料及其制備方法，屬于復合材料制備技術領域；在本發明中，采用“粉末冶金—放電等離子燒結”工藝制備了SiC/GNPs/B₄C增強Ti?Al?Sn?Zr系鈦粉的耐高溫鈦基復合材料，該方法操作便捷，成本低廉，所獲得的鈦基復合材料具有優良的抗高溫氧化性能，在航空航天、生物醫學、海洋工程等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，具體涉及一種SPS燒結顆粒增強Ti-Al-Sn-Zr系耐高溫鈦基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耐熱性高、耐腐蝕性好、密度低等優異性能，主要應用于汽車、航空航天、石油化工、生物醫學和海洋工程等領域。近年來，鈦基復合材料由于其優異的高溫性能已經成為高溫結構材料的研究熱點，通過向鈦基復合材料中添加顆粒、晶須和纖維增強相可明顯提高鈦基復合材料的性能，根據增強體類型可分為連續增強鈦基復合材料和非連續增強鈦基復合材料。但是，連續增強鈦基復合材料具有明顯的各向異性，性能受到極大的影響。

非連續鈦基復合材料的主要制備方法分為外加法和原位生成法，外加法成本昂貴且還需考慮到增強體與基體材料之間的浸潤性制備工藝復雜而不被廣泛使用。原位生成法包括熔鑄法、機械合金化法、高溫自蔓延合成法、粉末冶金法等，熔鑄法是最早期的金屬基復合材料制備方法，制備工藝簡單但制備的復合材料性能較差；機械合金化方法制備的增強體尺寸精細但在制備過程中材料不穩定易發生氧化；高溫自蔓延合成法制備效率高但是制備的復合材料孔隙率較大，性能不高。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種SPS燒結顆粒增強Ti-Al-Sn-Zr系耐高溫鈦基復合材料及其制備方法。在本發明中，采用“粉末冶金—放電等離子燒結”工藝制備了SiC/GNPs/B₄C增強Ti-6.01Al-3.90Sn-8.88Zr-1.16Nb-1.59Mo-0.33Si的耐高溫鈦基復合材料，該方法操作便捷，成本低廉，所獲得的鈦基復合材料具有優良的抗高溫氧化性能，在航空航天、生物醫學、海洋工程等領域具有廣闊的應用前景。

本發明首先提供了一種SPS燒結顆粒增強Ti-Al-Sn-Zr系耐高溫鈦基復合材料，所述SPS燒結顆粒增強Ti-Al-Sn-Zr系耐高溫鈦基復合材料由Ti-Al-Sn-Zr系鈦粉和SiC/GNPs/B₄C增強體粉末復合燒結制備而成，所述SiC/GNPs/B₄C增強體粉末與Ti-Al-Sn-Zr系鈦粉質量比為1:100；所述基復合材料直徑為φ620mm，高度為30mm。

進一步的，所述Ti-Al-Sn-Zr系鈦粉為Ti-6.01Al-3.90Sn-8.88Zr-1.16Nb-1.59Mo-0.33Si粉。

進一步的，所述的SiC/GNPs/B₄C增強體粉末為下述四組中的任一組，第一組為1vol.%B₄C+5vol.%SiC_p，第二組為5vol.%SiC_w+5vol.%SiC_p，第三組為0.15vol.%GNPs+5vol.%SiC_p，第四組為5vol.%SiC_p。

本發明還提供了上述SPS燒結顆粒增強Ti-Al-Sn-Zr系耐高溫鈦基復合材料的制備方法，具體包括如下步驟：

向SiC/GNPs/B₄C增強體材料中加入無水乙醇進行第一次濕磨，得到SiC/GNPs/B₄C增強體粉末—乙醇溶液的混合物，然后加入Ti-Al-Sn-Zr系鈦粉，混合均勻后第二次濕磨，濕磨后干燥，干磨，過篩，得到混合粉末；將混合粉末、放電等離子燒結，使得Ti-Al-Sn-Zr系鈦粉與增強體粉末燒結成型，得到所述SPS燒結顆粒增強Ti-Al-Sn-Zr系耐高溫鈦基復合材料。