[發明專利]一種鈦基復合結構材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110460830.2
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113172224B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 蘇紹華;吳勇軍;黃玉輝;洪子健;鄔均文;王明喜
• 申請（專利權）人: 浙江大學;江蘇精研科技股份有限公司
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;B22F3/26;B22F1/10;B22F1/103
• 代理公司: 常州易瑞智新專利代理事務所(普通合伙) 32338
• 代理人: 周浩杰

本發明涉及一種鈦基復合結構材料的制備方法，包括以下步驟：S1、粉末選擇：選用低氧含量的鈦或鈦合金粉末；S2、喂料或造粒粉制備：將鈦/鈦合金粉末與含有發泡劑的粘結劑混合制備得到喂料或造粒粉；S3、成形：通過注射或壓制將喂料或造粒粉成形得到坯體；S4、脫脂：通過脫脂獲得多孔結構的脫脂坯；S5、燒結：在1000?1300℃真空條件下對脫脂坯進行燒結得到多孔的鈦體或者鈦合金體；S6、將多孔的鈦體或者鈦合金體在450?700℃左右融化的鋁或鋁合金液中浸潤；S7、取出冷卻后去除表面多余的鋁或鋁合金層，得到鈦基滲鋁或鋁合金的復合結構材料。本發明將粉末注射成形和浸鋁法相結合來獲得耐腐蝕、耐高溫、抗沖擊韌性、生物兼容性高、輕質和高導熱性優點的鈦基滲鋁或鋁合金的復合結構材料。

技術領域

本發明涉及一種鈦基復合結構材料的制備方法。

背景技術

隨著現代科學技術的發展，特別是航天、航空、汽車等領域的發展，對材料的性能提出了更高的要求，其中輕量化、高強度設計在材料性能方面的要求越來越高。

作為一種輕質、高強、耐磨、耐蝕的稀有金屬材料，鈦合金被重點應用于航空航天領域和高耐蝕性的化工領域，例如飛機機身構件，飛機發動機部件等，但過高的成本限制了其大規模應用。鋁合金具有輕質、導電及導熱性好、價廉等優點，已在航空航天、船舶、交通運輸等領域大量應用，但是高溫和腐蝕環境中性能惡化，且抗沖擊性能較差。大多數單一的金屬及合金材料不能同時滿足輕量化和高強度的設計要求。

近年來，鈦鋁異種金屬復合材料制備的方法成為國內外研究熱點，其中有爆炸焊接、鑄造、復合軋制、等離子體燒結、焊接、超聲波固結等方法，但是兩者材料較大的熱物理差異性增加了復合的難度，導致這些方法都有一定的局限性。比如復合軋制存在界面氧化問題；爆炸焊接操作危險，焊接接頭缺陷較大；超聲波固結只能復合厚度較小、強度較低的材料，鑄造精度難以控制等局限性。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈦基復合結構材料的制備方法，該方法將粉末注射成型工藝和浸鋁法相結合來獲得耐腐蝕、耐高溫、抗沖擊韌性、生物兼容性高、輕質和高導熱性優點的鈦基滲鋁或鋁合金的復合結構材料。

實現本發明目的的技術方案是：本發明包括以下步驟：

S1、粉末選擇：選用低氧含量的鈦或鈦合金粉末，中位粒徑20-100μm，氧含量≤0.3％；

S2、喂料制備：將鈦或鈦合金粉末與含有發泡劑的粘結劑混合制備得到喂料；粘結劑選擇聚甲醛、聚乙烯醇、石蠟、聚乙烯、聚丙烯中的一種或多種；發泡劑選擇氯化銨或TiH2；

S3、成形：通過注射或壓制將喂料成形得到坯體；

S4、脫脂：通過脫脂獲得多孔結構的脫脂坯；

S5、燒結：在1000-1300℃真空條件下進行燒結得到多孔的鈦體或者鈦合金體；

S6、將多孔的鈦體或者鈦合金體在450-700℃左右融化的鋁或鋁合金液中浸潤，使鋁或鋁合金液從表及里滲透到多孔的鈦體或者鈦合金體的孔洞中；

S7、取出冷卻后去除表面多余的鋁或鋁合金層，得到鈦基滲鋁或鋁合金的復合結構材料。

上述步驟S4中通過氣氛脫脂，其中脫脂溫度為100-800℃，脫脂氣氛為氬氣。

上述步驟S3中當選擇通過注射成形時，技術參數為：模溫40-120℃，料溫110-200℃，注射壓力50-200MPa；當選擇通過壓制成形時，技術參數為：壓力15-300MPa，室溫，保壓時間1-3s。

上述發泡劑占鈦或鈦合金粉末重量的1-3％。

在鋁或鋁合金液中的浸潤時長為0.5-30min。