一种高性能TB8型钛合金基复合材料的制备方法技术

一种高性能TB8型钛合金基复合材料的制备方法，其特征是它以90wt.%Ti合金粉末（Ti‑14.26Mo‑2.45Nb‑2.86A1‑0.18Si）和10wt.%纯Ti粉末作为复合材料的基体粉末，再加入1.0wt.%CNTs增强体粉末通过放电等离子烧结原位反应而成。本发明专利技术中复合材料的抗压强度高达1725Mpa，断裂压缩率为26.2%。复合材料在750℃下氧化100h后样品单位面积增重为1.5628 mg·cm

【技术实现步骤摘要】
一种高性能TB8型钛合金基复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种钛基复合材料的制备技术，尤其是一种TiC增强的钛基复合材料，具体的说是一种以CNTs和TB8型钛合金为原料，通过放电等离子烧结原位反应生成TiC增强相的钛基复合材料。
技术介绍
钛基复合材料与其基体合金相比具有密度小、比强度高、耐高温等特点，在航空航天，武器装备等领域有着广阔的应用前景。TiC是钛基复合材料的常见增强体，目前主要利用外加增强体法和液相原为反应法制备TiC增强的钛基复合材料，外加法不足以使得增强体和基体充分结合，而原为反应会使得材料组织致密性较好。TB8型钛合金通常由于耐热温度不超过600℃而限制它的使用范围，然而所选用的增强体粉末为CNTs，CNTs具有纳米级的尺寸和大的长径比，而且具有高弹性模量和低密度，可以显著提高钛基复合材料的耐热性能。放电等离子烧结具有反应温度低、升温速度快、烧结时间短等特点，并且是在一定压力下进行的，可以使得材料组织的致密性较好。迄今为止，尚未有一种以CNTs和TB8型钛合金为原料，利用放电等离子烧结来制备钛基复合材料的技术路线。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的钛合金材料制备方法单一，限制了其性能难以提高的问题，专利技术一种以CNTs和TB8型钛合金为原料，利用湿磨增强体，加入基体湿磨，干磨，烘干，筛粉，放电等离子烧结等技术路线制备高性能TB8型钛合金基复合材料的方法。本专利技术的技术方案是：一种高性能TB8型钛合金基复合材料的制备方法，其特征是它以90wt.%Ti合金粉末（Ti-14.26Mo-2.45Nb-2.86A1-0.18Si）和10wt.%纯Ti粉末作为复合材料的基体粉末，以1.0wt.%CNTs作为增强体的供源体，通过湿磨增强体，加入基体湿磨，干磨，烘干，筛粉，放电等离子烧结的技术路线制备而成。具体步骤如下：（1）将90wt.%Ti合金粉末（Ti-14.26Mo-2.45Nb-2.86A1-0.18Si）和10wt.%纯Ti粉末，过300目筛；（2）湿磨1.0wt.%CNTs，球磨机转速设置为300±50r/min，球磨时间为24h；（3）将过300目筛的90wt.%Ti-Mo-Nb-A1-Si系钛合金粉末和10wt.%纯Ti粉末与湿磨后的1.0wt.%CNTs增强体一并置于球磨机中进行湿磨，得到复合粉料，球磨机转速设置为300±50r/min，球磨时间为48h；（4）烘干：将湿磨后的复合粉料置于真空干燥箱，随干燥箱升温至70℃后保温12h；（5）干磨：将烘干后的复合粉料置于球磨机中干磨，球磨机转速设置为300±50r/min，球磨时间为6h；（6）过筛：将干磨后的复合粉料进行200目过得；（7）放电等离子烧结：烧结工艺为升温速率100±5℃/min，烧结温度1350±10℃，烧结压力50±5MPa，保温时间10±1min（8）固溶时效：850±10℃/3h/AC（空冷）+550±10℃/6h/AC（空冷）；即得到高性能TB8型钛合金基复合材料。所述的1.0wt.%CNTs增强体具有纳米级的尺寸以及高弹性模量和低密度的特征。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术创新性地提出一种以CNTs和TB8型合金为原料，利用放电等离子烧结原位反应生成TiC，而TiC对基体有强化作用，从而能够提高复合材料综合性能。（2）本专利技术所采用的放电等离子烧结方法与氩气保护烧结方式相比较，基体合金材料和复合材料的抗压强度分别提高了457MPa和462MPa。其中，在氩气保护烧结中，基体材料的抗压强度为1038MPa，断裂压缩率为13.3%。，CNTs含量为1wt.%的复合材料抗压强度为1263MPa，断裂压缩率为18.5%；在放电等离子烧结中，基体合金的抗压强度为1495MPa，添加1wt.%CNTs的复合材料的抗压强度达到1725MPa。（3）放电等离子烧结工艺制备基体合金在750℃下氧化100h后的氧化层单位面积增重要比氩气保护烧结制备的减少约64.41%，而添加1.0wt.%CNTs复合材料的单位面积增重比氩气保护烧结制备减小约41.23%。附图说明图1是本专利技术的基体和复合材料的微观组织以及EDS元素分布；（a）基体；（b）1.0wt.%CNTs；（c）C元素分布；（d）Ti元素分布；图2是本专利技术的基体和加入1.0wt.%CNTs增强体复合材料的XRD图；图3是本专利技术的基体和加入1.0wt.%CNTs增强体复合材料的显气孔率；图4是本专利技术的基体和加入1.0wt.%CNTs增强体复合材料的应力-应变曲线；（a）基体；（b）1.0wt.%CNTs；图5是本专利技术的基体以及加入1.0wt.%CNTs增强体复合材料750℃氧化100h的氧化动力学曲线；图6是本专利技术的基体以及加入1.0wt.%CNTs增强体复合材料750℃下氧化100h的XRD图谱；图7是本专利技术的基体以及加入1.0wt.%CNTs增强体复合材料750℃下氧化100h后氧化横截面形貌以及线扫描分析：（a）基体；（b）放电等离子烧结：1.0wt.%CNTs；（c）氩气保护烧结：1.0wt.%CNTs；图8是本专利技术的基体以及加入1.0wt.%CNTs增强体复合材料750℃的熔盐中腐蚀30h的动力学曲线；图9是本专利技术的基体以及加入1.0wt.%CNTs增强体复合材料750℃的熔盐中腐蚀30h后的XRD分析；图10是本专利技术的基体以及加入1.0wt.%CNTs增强体复合材料750℃的熔盐中腐蚀30h后的横截面形貌及线扫描分析：（a）基体；（b）放电等离子烧结：1.0wt.%CNTs；（c）氩气保护烧结：1.0wt.%CNTs。具体实施方式以下结合附图以及具体实施例对本专利技术做出进一步的说明。实施例一。一种高性能TB8型钛合金基复合材料的制备方法，它是以重量份为99%的基体粉末再加上1.0wt.%CNTs增强体粉末，通过放电等离子烧结原位反应而生成TiC，而TiC对基体有强化作用，从而提高复合材料综合性能。基体粉末由90wt.%Ti合金粉末（Ti-14.26Mo-2.45Nb-2.86A1-0.18Si）和10wt.%纯Ti粉末组成。其制备过程包括购买TB8合金粉，过300目筛；在300±50r/min转速下湿磨1.0wt.%CNTs，湿磨时间为24h；然后相同转速下湿磨90wt.%Ti合金粉末（Ti-14.26Mo-2.45Nb-2.86A1-0.18Si）、10wt.%纯Ti粉末和CNTs粉末，湿磨时间为48h；在干燥箱升温至70±5℃后保温12h；相同转速下干磨6h；200目过筛；在温度1350±10℃，烧结压力50±5MPa下放电等离子烧结，在850±10℃/3h/AC+550±10℃/6h/AC（AC即空冷）条件下固溶时效。本实施例在基体中加入的1.0wt.%CNTs粉末作为增强体，通过放电等离子烧结原为反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能TB8型钛合金基复合材料的制备方法，其特征是它以99wt.%钛基体（90wt.% Ti合金粉末（Ti-14.26Mo-2.45Nb-2.86A1-0.18Si）和10wt.%纯Ti粉末构成的基体粉末）和1.0wt.%CNTs增强体复合而成，通过湿磨增强体，加入基体湿磨，干磨，烘干，筛粉，放电等离子烧结的技术路线制备而成。/n

【技术特征摘要】
20190827 CN 20191079650941.一种高性能TB8型钛合金基复合材料的制备方法，其特征是它以99wt.%钛基体（90wt.%Ti合金粉末（Ti-14.26Mo-2.45Nb-2.86A1-0.18Si）和10wt.%纯Ti粉末构成的基体粉末）和1.0wt.%CNTs增强体复合而成，通过湿磨增强体，加入基体湿磨，干磨，烘干，筛粉，放电等离子烧结的技术路线制备而成。


2.一种权利要求1所述的制备方法，其特征是它包括以下步骤：
（1）将90wt.%Ti合金粉末（Ti-14.26Mo-2.45Nb-2.86A1-0.18Si）和10wt.%纯Ti粉末，过300目筛；
（2）湿磨1.0wt.%CNTs，球磨机转速设置为300±50r/min，球磨时间为24h。
（3）将过300目筛的90wt.%Ti-Mo-Nb-A1-Si系钛合金粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓静，陈浩，黄锦栋，刘庆军，张旭，刘阳光，肖易水，蒋泽，毛强，张天赐，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32