[發(fā)明專利]一種NiCoCr中熵合金顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210452315.4
• 申請(qǐng)日: 2022-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN114653944A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張衛(wèi)東;湯澈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江力航新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B22F9/04;B22F1/00;C22C1/04;C22C14/00
• 代理公司: 深圳博敖專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44884
• 代理人: 姚宗培

本發(fā)明公開了一種NiCoCr顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法，將Ni、Co、Cr元素粉末經(jīng)機(jī)械合金化后獲得細(xì)小的NiCoCr預(yù)合金粉末顆粒，篩選粒徑恰當(dāng)?shù)暮辖鸱勰╊w粒，隨后將其加入至純鈦粉中混料，進(jìn)行放電等離子燒結(jié)成型，即得到NiCoCr顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料。該方法通過高能球磨實(shí)現(xiàn)Ni、Co、Cr粉末合金化，通過放電等離子燒結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的致密化以及控制NiCoCr顆粒與鈦基體間的界面擴(kuò)散，以獲得NiCoCr顆粒與鈦基體間界面結(jié)合良好且盡可能減少脆性化合物的生成，這種NiCoCr顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料可明顯增強(qiáng)材料強(qiáng)度，獲得較好的塑性，在航空航天用高強(qiáng)鈦基復(fù)合材料領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種NiCoCr中熵合金顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料具有各向同性、機(jī)械加工性好、易制備和成本低等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其較高的材料強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，且質(zhì)輕、耐高溫，可以滿足高性能航天器的結(jié)構(gòu)要求，實(shí)現(xiàn)減少油耗，延長(zhǎng)飛行時(shí)間的目的，現(xiàn)已成功應(yīng)用于導(dǎo)彈殼體、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等航空工業(yè)領(lǐng)域。常見的顆粒增強(qiáng)體有碳化物、氧化物、氮化物和硼化物等，不同種類和性質(zhì)的增強(qiáng)體起到的強(qiáng)化效果各不相同。一般而言，增強(qiáng)體顆粒的尺寸在10～30μm，在復(fù)合材料中的體積分?jǐn)?shù)為15％～20％。碳化物和硼化物具有高熔點(diǎn)、高硬度、高模量及化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，作為鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)體時(shí)有利于提高材料的力學(xué)性能。TiB和TiC顆粒因具有高硬度和高模量，與鈦基體相容性好，且密度、泊松比和熱膨脹系數(shù)與鈦或鈦合金基體相近等優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前研究的主流增強(qiáng)體材料。氧化物增強(qiáng)顆粒可分為金屬氧化物，如Al₂O₃、La₂O₃、ZrO₂等和非金屬氧化物，如SiO₂。氮化物增強(qiáng)顆粒在鈦合金的增強(qiáng)中也發(fā)揮著重要作用。例如，TiN不僅具有高硬度、耐高溫、耐磨損和耐腐蝕等性能，用于制備TiN顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料時(shí)能夠有效減緩材料的磨損。但這些顆粒與鈦基體的結(jié)合存在問題，會(huì)導(dǎo)致塑性急劇下降，例如羅賢旺等人將La₂O₃和TiC作為增強(qiáng)顆粒相添加到純鈦基體中，強(qiáng)度雖然獲得大幅提升，但塑性僅有純鈦的七分之一。

此外，金屬顆粒也可作為鈦基復(fù)合材料的增強(qiáng)顆粒。而相較于傳統(tǒng)金屬顆粒，高熵合金具有更高的強(qiáng)度；相比于非晶合金，高熵合金良好的穩(wěn)定性能使強(qiáng)化相的成分與特性在加工過程中更容易保存。高熵合金與金屬基體的熱膨脹系數(shù)非常接近，且在冷卻過程中不發(fā)生相變。因此，高熵合金顆粒展現(xiàn)出作為一種新型強(qiáng)化相的巨大潛力。同時(shí)在高熵合金顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中，高熵合金表現(xiàn)出與基體良好的結(jié)合能力，和穩(wěn)定的界面相容能力。選用CoNiFeAl_0.4Ti_0.6Cr_0.5高熵合金顆粒來增強(qiáng)7075鋁合金，發(fā)現(xiàn)其抗拉強(qiáng)度和塑性都明顯優(yōu)于同樣工藝制備的SiC_p/7075復(fù)合材料。選用AlFeCoCrNi高熵合金顆粒來制備AlFeCoCrNi/Mg復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)顆粒與基體的界面結(jié)合良好，且復(fù)合材料的壓縮屈服強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度可相對(duì)于基體分別提高了68.8％和45.02％。而CoCrFeMnNi顆粒增強(qiáng)純Ti的文章鮮有，這可能與Ti在高溫下易于其他元素發(fā)生反應(yīng)生成金屬間化合物，惡化性能有關(guān)。由此可見，選用高熵合金作為增強(qiáng)體有利于增強(qiáng)顆粒與金屬基體界面的結(jié)合，能夠提高復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。而如何選擇合適的元素粉末與成分，避免產(chǎn)生硬脆金屬間化合物，更好實(shí)現(xiàn)顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的重要因素之一。