一种钛基复合材料及其制备方法技术

一种钛基复合材料及其制备方法，其主要涉及金属材料粉末冶金领域。其中，该方法通过使用粉末冶金的方法将原料粉末进行混合，并选定合理的烧结工艺，解决了混杂TiC/Ti

Titanium based composite material and preparation method thereof

The invention relates to a titanium base composite material and a preparation method thereof, which mainly relates to the field of metal materials and powder metallurgy. Among them, the method uses powder metallurgy method to mix raw material powder, and chooses reasonable sintering process to solve hybrid TiC/Ti

【技术实现步骤摘要】
一种钛基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及金属材料粉末冶金领域，具体而言，涉及一种钛基复合材料及其制备方法。
技术介绍
钛基复合材料具有高比强度、低密度、高弹性模量等特点，其在汽车、航空航天、体育器件中有着广泛的应用及前景。其中，自生颗粒增强钛基复合材料由于具有各向同性、界面结合性好、易加工成型、成本较低等特点，受到人们的广泛关注。目前，具有高熔点、高硬度和高耐磨性等优异特性的TiC及Ti5Si3增强颗粒以其稳定的复合结构，良好的增强效果，已成为钛基复合材料较为理想的颗粒增强相。然而，现在主要采用的熔铸法制备钛基复合材料有其不足之处，具体地，在冷却凝固过程中，TiC和Ti5Si3颗粒经由钛碳和钛硅共晶反应获得，若硅和碳含量未达到共晶反应成分点，又钛碳和钛硅共晶反应的温度存在差异及熔体冷却环境的不同，TiC和Ti5Si3容易发生偏聚而最终导致其在基体中的分散及混合的不均匀，且这两种增强颗粒的尺度不易控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钛基复合材料，其中的TiC和Ti5Si两种增强相颗粒能够均匀的分散在基材中，表现出了良好的质量稳定性。本专利技术的另一目的在于提供一种钛基复合材料的制备方法，其通过粉末冶金的方法将原料粉末进行混合，并选定合理的烧结工艺，解决了混杂TiC/Ti5Si3自生颗粒在钛基复合材料中的均匀分布问题。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。本专利技术提出一种钛基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将硅粉和钛粉加入到氧化石墨烯水溶液和丙酮的混合溶液中混合均匀后再与水合肼溶液进行混合，干燥后得到石墨烯-硅-钛混合粉体；对石墨烯-硅-钛混合粉体进行冷压成型，制成冷坯；将冷坯进行热压烧结后，再依次进行炉冷和脱模。本专利技术提出一种钛基复合材料，其是通过上述的钛基复合材料的制备方法制得。本专利技术实施例的钛基复合材料及其制备方法的有益效果是：钛基复合材料的制备方法采用粉末冶金的制备方法，通过对原料粉末进行混合，选定了合理的烧结工艺，使得混杂TiC/Ti5Si3自生颗粒能够在钛基复合材料中均匀分布。该制备方法容易操作，工艺简单，成本低，周期短，易于工业化生产，应用前景广阔；另外，由上述钛基复合材料的制备方法所制得的钛基复合材料硬度和抗压性能优异、组织容易控制且稳定性好、增强相晶粒尺度容易控制且可根据实际需要调配增强相含量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1中体积分数3.0％TiC和5.0％Ti5Si3混杂增强钛基复合材料微观组织图；图2为本专利技术实施例2中体积分数3.0％TiC和8.0％Ti5Si3混杂增强钛基复合材料微观组织图；图3为本专利技术实施例3中体积分数4.0％TiC和5.0％Ti5Si3混杂增强钛基复合材料微观组织图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的钛基复合材料及其制备方法进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将硅粉和钛粉加入到氧化石墨烯水溶液和丙酮的混合溶液中混合均匀后再与水合肼溶液进行混合，干燥后得到石墨烯-硅-钛混合粉体。具体地，首先按所需体积浓度量取氧化石墨烯水溶液和丙酮，将其混合并辅以机械电动搅拌20-25min后获得第一混合溶液；其次，称取所需质量的硅粉和钛粉并将其加入第一混合溶液中，电动搅拌30-35min后，加入所需体积浓度的水合肼溶液，继续电动搅拌60-120min后，将其进行干燥获得石墨烯-硅-钛混合粉体。需要说明的是，为了保证石墨烯-硅-钛混合粉体的质量，对所添加原料的浓度有一定的要求，本实施例中氧化石墨烯水溶液的浓度为8.0-10.5mg/mL；每100g硅和钛的混合粉体中添加丙酮80-85mL；添加水合肼溶液的质量分数为80-82％；添加的水合肼溶液与氧化石墨烯溶液的体积比为1：19-21。需要特别说明的是，为了使所得的石墨烯-硅-钛混合粉体性能最佳，从而为后续冷压成型和烧结做好材料上的准备，优选地实施例当中，氧化石墨烯水溶液的浓度为9.56mg/mL；每100g硅和钛的混合粉体中添加丙酮80mL；添加水合肼溶液的质量分数为80％；添加的水合肼溶液与氧化石墨烯溶液的体积比为1：20。进一步地，为了使得步骤S1中所制备的石墨烯-硅-钛混合粉体保持较好的分散性且使得不同粉体颗粒能够均匀的分布，需要对步骤S1中所添加的硅粉和钛粉的粒径进行限定，其中，硅粉的粒径控制在2-10μm，钛粉的粒径控制在5-15μm。需要说明的是，粉末冶金中，粉体太细和太粗都不有利于其加工过程，太细影响粉料的流动性，太粗会影响加工成型后的力学性能。S2、对石墨烯-硅-钛混合粉体进行冷压成型，制成冷坯。需要说明的是，冷压成型是一种在粉料低于100℃的条件下成型的工艺，其相对于热压成型的工艺具有成型生产效率高、操作简便和安全性能高等特点；进一步地，为了使冷压成型过程顺利的进行，且保证冷坯的加工质量，本专利技术实施例中的冷压成型压力控制在30MPa。S3、将冷坯进行热压烧结后，再依次进行炉冷和脱模。进一步地，热压烧结是专利技术实施例钛基复合材料中极为重要的一个步骤，必须对其过程中的各种加工参数严重控制。结合本专利技术对于钛基复合材料的加工工艺要求和本专利技术实施例当中的经验总结，本专利技术实施例中对冷坯进行热压烧结的条件设置为：炉体真空度小于-0.1MPa，施加35-45MPa的压力，并以4.8-5.2℃/min升温速率升温至1100-1200℃，保温2-3h。需要说明的是，之所以将冷坯热压烧结过程控制为上述的条件，是因为通过上述的热压烧结条件可以是的最终脱模出来的钛基复合材料的组织更加均匀，力学性能表现更加优异。本专利技术实施例还提供了一种钛基复合材料，其由上述实施例中所介绍的钛基复合材料的制备方法制得，该钛基复合材料的室温维氏硬度为HV588-HV635，室温抗压强度为2288-2508MPa，压缩率为16.9-22.9％，其不但表现出了良好的力学性能和优异的加工成型性，而且其组织容易控制且稳定性好、增强相晶粒尺度容易控制且可根据实际需要调配增强相含量。因此，该钛基复合材料可广泛应用于金属材料粉末冶金领域。以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供了一种钛基复合材料的制备方法，其具体实施步骤为：首先，量取浓度为9.56mg/mL氧化石墨烯水溶液40.80mL和丙酮47.68mL，两者混合并在150r/min转速下电动搅拌20min，得到第一混合溶液。其次，向第一混合溶液中加入粒径为5μm的钛粉和粒径为2μm的硅粉进行搅拌30min，得到第二混合溶液，其中，钛粉的添加质量为57.81g，硅粉的添加质量为1.8g。之后，再向第二混合溶液中加入质量分数为80％的水合肼溶液2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛基复合材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将硅粉和钛粉加入到氧化石墨烯水溶液和丙酮的混合溶液中混合均匀后再与水合肼溶液进行混合，干燥后得到石墨烯‑硅‑钛混合粉体；对所述石墨烯‑硅‑钛混合粉体进行冷压成型，制成冷坯；将所述冷坯进行热压烧结后，再依次进行炉冷和脱模。

【技术特征摘要】
1.一种钛基复合材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将硅粉和钛粉加入到氧化石墨烯水溶液和丙酮的混合溶液中混合均匀后再与水合肼溶液进行混合，干燥后得到石墨烯-硅-钛混合粉体；对所述石墨烯-硅-钛混合粉体进行冷压成型，制成冷坯；将所述冷坯进行热压烧结后，再依次进行炉冷和脱模。2.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为8.0-10.5mg/mL。3.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，每100g所述硅和所述钛的混合粉体添加所述丙酮80-85mL。4.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，添加所述水合肼溶液的质量分数为80-82％。5.根据权利要求4所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，添加的所述水合肼溶液与所述氧化石墨烯水溶液的体积比为1：19-21。6.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，添加的所述硅粉的粒径为2-10μm。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新疆，贺盟，杨子润，陈华章，戴忠奎，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32