[發(fā)明專利]一種納米顆粒增強(qiáng)TC4金屬粉末材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110445780.0
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113215444B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田卓;馮曉偉;路建寧;林穎菲;馮波;羅鐵剛
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東省科學(xué)院材料與加工研究所
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;B22F9/04;B22F1/142;C22C1/02;C22C1/10
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發(fā)明公開了一種納米顆粒增強(qiáng)TC4金屬粉末及其制備方法，屬于金屬粉末材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明所述制備方法采用熔鹽?超聲分散結(jié)合步驟制備產(chǎn)品，有效的將納米尺寸的固體陶瓷顆粒引入至TC4金屬材料中，所述方法制備的金屬粉末材料具有硬度高、強(qiáng)度高、耐磨性高等特性，為擴(kuò)展TC4基復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了原料上的保證，所述陶瓷顆粒具有較高的納米顆粒利用率；同時，納米碳化鈦顆粒增強(qiáng)TC4粉末材料同樣能夠擴(kuò)展鈦基復(fù)合類材料在增材制造、熱等靜壓和粉末冶金領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明所述材料制備方法操作步驟簡單，重復(fù)性高，安全環(huán)保，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化小規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬粉末材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種納米顆粒增強(qiáng)TC4金屬粉末材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、無磁性等優(yōu)異性能，其相關(guān)制品廣泛應(yīng)用在航空、航天、航海、醫(yī)療器械、火力發(fā)電等領(lǐng)域。其中，TC4鈦合金材料作為α+β型鈦合金，其綜合力學(xué)性能更加優(yōu)異。但是，隨著外部環(huán)境的變化，傳統(tǒng)的TC4鈦合金以接近其使用極限，難以滿足日益苛刻的使用條件。因此，提高其力學(xué)性能或者提高其高溫條件下的力學(xué)性能是未來TC4基復(fù)合材料研究的新方向。目前，鈦合金制品的主要成型方式有粉末冶金、熱等靜壓和增材制造技術(shù)，而其主要原料為鈦合金粉體。因而，獲得具有優(yōu)異性能的鈦合金原料粉體是制備高性能鈦合金材料的前提。

陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，是指在金屬基體中加入彌散分布的增強(qiáng)相陶瓷顆粒而形成的一類金屬基復(fù)合材料。增強(qiáng)相主要選擇具有高強(qiáng)度、高硬度、高熔點(diǎn)的陶瓷顆粒。由于增強(qiáng)相含量相對較低、分布較為均勻、顆粒細(xì)小，所以復(fù)合材料基本保持了基體金屬原有的物理性能。另外增強(qiáng)相陶瓷顆粒在金屬基體中彌散分布，顆粒的釘扎作用可以有效地阻礙金屬基體中的位錯運(yùn)動，因此能夠極大提高材料的力學(xué)性能。傳統(tǒng)的增強(qiáng)相材料主要以微米或亞微米尺寸的顆粒為主。有研究表明，與傳統(tǒng)的微米或亞微米尺寸的顆粒相比，同質(zhì)量或同體積分?jǐn)?shù)的納米顆粒在基體中的強(qiáng)化效果要更加明顯。

碳化鈦陶瓷具有耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度、高導(dǎo)熱、密度低、抗腐蝕等優(yōu)異性能，其制品在石油、化工、微電子、汽車、航天、航空、造紙、激光、礦業(yè)及原子能等工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。納米碳化鈦陶瓷顆粒繼承了碳化鈦陶瓷優(yōu)點(diǎn)，如果將納米碳化鈦陶瓷顆粒引入到TC4粉末當(dāng)中，制備出納米碳化鈦陶瓷增強(qiáng)TC4粉末，即可提高TC4粉體的力學(xué)性能，對擴(kuò)大鈦合金基復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有積極的意義。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了納米顆粒增強(qiáng)TC4金屬粉末材料的制備方法，該方法通過熔鹽-超聲分散的方法，將高強(qiáng)度納米陶瓷材料顆粒碳化鈦引入TC4粉體當(dāng)中，從而達(dá)到增強(qiáng)產(chǎn)品硬度、強(qiáng)度等力學(xué)性能的目的，且可保障其具有較高的納米顆粒利用率。該方法操作步驟簡易可控，規(guī)模化生產(chǎn)效率高，批次間產(chǎn)品品質(zhì)有保障。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種納米顆粒增強(qiáng)TC4金屬粉末的制備方法，包括以下步驟：

(1)將TC4金屬粉末、納米碳化鈦及無機(jī)鹽混合均勻并進(jìn)行球磨處理，過篩，得前驅(qū)粉體A；所述TC4金屬粉末與納米碳化鈦的質(zhì)量比為1:0.07～0.35，所述TC4金屬粉末與納米碳化鈦的質(zhì)量之和與無機(jī)鹽的質(zhì)量比為：m(TC4金屬粉末+納米碳化鈦)：m(無機(jī)鹽)＝3～15:85～97；

(2)將步驟(1)所述前驅(qū)粉體A進(jìn)行真空加熱，待粉體熔化后將所得熔體進(jìn)行超聲分散處理，冷卻，所得塊狀固體粉碎至粉體顆粒粒徑＜5mm，得前驅(qū)粉體B；所述真空加熱時的真空度≤6×10^-2；

(3)將步驟(2)所得前驅(qū)粉體B置于去離子水中溶解攪拌，隨后對溶解后的懸濁液進(jìn)行沉淀，再將上層懸濁液倒出，留下底層黑色的顆粒狀物質(zhì)，并重復(fù)本步驟三次，得底層混合溶液C；

(4)將步驟(3)所得底層混合溶液C經(jīng)抽濾、烘干后，所得黑色粉末依次進(jìn)行粉碎和過篩處理，即得所述納米顆粒增強(qiáng)TC4金屬粉末。