[發(fā)明專利]一種基于Ti-AlB2體系的TiB/Ti-Al鈦基復(fù)合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113355547B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高義民;李強(qiáng);陳宇;上官蒙蒙;黃孝余;王怡然
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;B22F9/04;B22F1/14;C22C14/00;C22C1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明公開了一種基于Ti?AlB2體系的TiB/Ti?Al鈦基復(fù)合材料及其制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。采用的方案包括：1)篩分粒度均勻的鈦合金粉末；2)將篩分好的鈦合金粉末與AlB₂粉末球磨，得到混合粉末；3)將混合粉末利用固相燒結(jié)工藝固化成型，制得TiB/Ti?Al鈦基復(fù)合材料。本發(fā)明制備復(fù)合材料工藝簡單，僅向鈦合金中引入少量元素，易于回收再利用，而制備的復(fù)合材料組織均勻，擁有良好的綜合力學(xué)性能，經(jīng)濟(jì)潛力大，有望用于替代力學(xué)性能相當(dāng)?shù)母吲铺栤伜辖稹?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于Ti-AlB2體系的TiB/Ti-Al鈦基的TiB/Ti-Al鈦基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金因其高比強(qiáng)度、低密度、良好的抗腐蝕和高溫力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、汽車、化工、醫(yī)療等領(lǐng)域。然而，具有高強(qiáng)度或者高塑性的鈦合金往往是通過添加大量的某一兩種元素、或者是添加少量的多種合金元素來獲得的，均不利于鈦合金的回收再利用，也側(cè)面提高了鈦合金產(chǎn)品的價格。例如，應(yīng)用最廣的TC4鈦合金中添加了6.0wt.％的鋁元素和4.0wt.％的釩元素；而應(yīng)用于具有優(yōu)異的強(qiáng)度和塑性的β鈦合金中往往會添加大量的鉬、釩、鉻、鐵、鋯等多種元素，造成合金回收和元素提煉困難。因此，研發(fā)出一種具有與高合金化鈦合金相當(dāng)力學(xué)性能、成本較低、且易于回收利用的材料具有極大的經(jīng)濟(jì)價值。

鈦基復(fù)合材料是一種，以鈦合金為基體，以陶瓷相或金屬間化合物為增強(qiáng)相，通過成分設(shè)計(jì)和組織調(diào)控來獲得兼具金屬和陶瓷優(yōu)點(diǎn)的材料，有望滿足上述高性能、低成本、易于回收利用等需求。TiB和TiC為鈦基復(fù)合材料常用的增強(qiáng)相，具有高熔點(diǎn)、高彈性模量、低密度、良好的熱穩(wěn)定性、以及與鈦合金相匹配的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多種鈦基復(fù)合材料的制備。其中，TiB由于其在粉末冶金中顯現(xiàn)出獨(dú)特的離散晶須組織結(jié)構(gòu)，良好的分散特性，應(yīng)用更廣。

但傳統(tǒng)的TiB增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料中，為了獲得高的強(qiáng)度和彈性模量，往往需要引入大量的TiB增強(qiáng)相，卻造成了材料塑性的急劇降低。因此，研發(fā)出一種低成本、易于回收、且兼具高強(qiáng)度和高塑性的鈦基復(fù)合材料具有重要的經(jīng)濟(jì)價值。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于Ti-AlB2體系的TiB/Ti-Al鈦基復(fù)合材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中鈦基復(fù)合材料無法兼具高強(qiáng)度和高塑性的技術(shù)難題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開了一種基于Ti-AlB2體系的TiB/Ti-Al鈦基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)選取鈦合金粉末作為第一種原材料，將鈦合金粉末進(jìn)行篩分，得到粒徑均勻的鈦合金粉末，篩分后的鈦合金粉末粒徑差≤20％；選取AlB2粉末作為第二種原材料；

2)在保護(hù)氣氛下，將篩分后鈦合金粉末與AlB2粉末按照質(zhì)量比1:50的比例進(jìn)行球磨，得到混合粉末；

3)將混合粉末采用固相燒結(jié)法燒結(jié)成形，制得基于Ti-AlB2體系的TiB/Ti-Al鈦基復(fù)合材料。

優(yōu)選地，步驟1)中，鈦合金粉末選取α型鈦合金或近α型鈦合金粉末，篩分前鈦合金粉末粒度≤250μm。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，鈦合金粉末選擇牌號為TA0、TA1或TA15的鈦合金粉末。

優(yōu)選地，步驟1)中，選取的AlB2粉末粒度≤5μm。

優(yōu)選地，步驟2)中，球磨工藝為：球磨轉(zhuǎn)速為125r/min～175r/min，球磨時間為5h～12h，球料比為4:1～8:1。

優(yōu)選地，步驟2)中，所述保護(hù)氣氛為氬氣，氬氣≥99.5％。