一种低成本高性能的TiB制造技术

本发明专利技术公开了一种低成本高性能的TiB

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高性能的TiB
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/Ti复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于有色金属加工
，具体涉及一种低成本高性能的TiB
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/Ti复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]钛是一种优良的结构材料，随着社会的发展进步，其在各领域的使用比例越来越大，在民用方面的应用愈发受重视。人们在可承受的成本范围内不断追求着性能更高的钛材料。目前，提升钛合金的性能主要依靠开发新合金材料和细化材料的晶粒尺寸。自从钛元素被发现以来，科研人员开发出一大批性能优良的钛合金牌号，例如，Ti60、TC21、BT37等。近几年，新牌号钛合金的开发相对乏力，而且，由于产品的使用环境不同，部分合金元素的添加受到限制。例如，在生物医疗领域，钛合金被作为人工关节、骨创伤产品、牙种植体、牙托等的首选材料。
[0003]钛基复合材料是指以纯钛或钛合金为基体，加入高强度，高服役温度，高硬度的增强相来提高合金性能。一般来说，增强相的加入一般有两种方法，分别为外加法和内生法。但外加法制备得到的复合材料存在着增强相与基体相界面结合不紧密、增强相分散不均匀、材料致密度低等一系列问题。而内生法添加的增强相与基体的结合力强且尺寸可控。目前，TiB陶瓷相因其高硬度、与钛的热膨胀系数相近等优点而常作为钛基复合材料增强相。目前来说，铸造法制备钛基复合材料需要达到高于钛的熔点的熔炼温度，能源消耗十分巨大；对材料的利用率不高；而粉末冶金制备钛基复合材料，不仅要使用价格高昂的纯钛粉作为原料，而且要使用能源消耗巨大的烧结方法。
[0004]目前降低钛基复合材料的制备成本往往可以通过降低原料成本和选择工艺简单，加工少的成形方式来实现。以纯钛粉制备过程中的中间产物氢化钛粉来代替纯钛粉作为原材料和选用工艺流程简单，加工少的无压烧结的成形方式是降低成本的重要方法，并且氢化钛烧结后的块体的致密度高，晶粒细小，力学性能优异。然而，硼与钛的互扩散速率相差较大，硼向钛扩散的速率远高于钛向硼扩散的速率。在烧结过程中时易因柯肯达尔效应形成二次孔洞，降低材料的致密度。而氢的脱去在基体上留下大量缺陷，进一步提高了硼向钛的扩散速率，使得致密度进一步降低。除此以外，以氢化钛粉末为原料，无压烧结制备的TiBw/Ti复合材料也存在组织不均匀，致密度低等问题，最终导致制备的块体TiBw/Ti复合材料的致密度低，力学性能差。而外加增强相的方法存在与基体结合不牢，在混粉过程中容易出现混粉不均匀出现团聚等现象，从而恶化材料的力学性能。参考文献1(Song Y,Dong S,Stasiuk O,et al.Synthesis of Ti/TiB composites via hydrogen
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assisted blended elemental powder metallurgy[J].Front.Mater.7:572005.)以氢化钛及TiB2粉末为原料，通过内生法无压烧结制备了TiBw/Ti复合材料，其致密度为97.8％，其拉伸塑性并未报道。参考文献2(Jimoh A,Sigalas I,Hermann M.In Situ Synthesis of Titanium Matrix Composite(Ti
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TiB
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TiC)through Sintering of TiH2
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B4C[J].Materials Sciences&Applications,2012,3(1))以氢化钛及B4C粉末为原料，通过内生法无压烧结制
备了TiB、TiC混杂增强纯钛复合材料，其致密度为93.5％，亦未报道其拉伸塑性。参考文献3(Bagliuk G A,Stasiuk A A,Savvakin D G.Effect of Titanium Diboride Content on Basic Mechanical Properties of Composites Sintered from TiH2+TiB
2 Powder Mixtures[J].Powder Metallurgy and Metal Ceramics,2020,58(10))以氢化钛和TiB2为原料，通过内生法无压烧结制备了TiB
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/Ti复合材料，其致密度为96.3％左右，其拉伸塑性约为2％。根据文献可知，现有技术存在以下问题：
[0005](1)常规的熔铸法制备钛基复合材料是以价格高昂的纯钛作为原材料，且在熔炼过程中需超过钛的熔点，消耗大量能源，且材料利用率低。生产成本高昂。
[0006](2)常规粉末冶金法制备钛基复合材料大多数还是以价格高昂的纯钛粉作为原材料，并结合高能球磨，元素混粉等办法引入增强相，但是有以下不足：第一，以球磨来引入增强相容易引入杂质元素，恶化材料的力学性能；第二，以混粉来引入增强相易混粉不均匀，有团聚的情况出现，恶化材料的力学性能；第三，烧结方式的选取一般是采用加压烧结或者无压烧结结合后续塑性变形，生产成本高昂。
[0007](3)硼与钛的互扩散速率相差较大。其中，硼向钛扩散的速率远高于钛向硼扩散的速率。在烧结过程中时易因柯肯达尔效应形成二次孔洞，降低材料的致密度。除此以外，以氢化钛粉末为原料，无压烧结制备的TiBw/Ti复合材料也存在组织不均匀，致密度低，力学性能差等问题。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种低成本高性能TiB
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/Ti复合材料的制备方法。
[0009]本专利技术另一目的在于提供上述方法制得的一种低成本高性能TiB
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/Ti复合材料。
[0010]本专利技术再一目的在于提供上述一种低成本高性能TiB
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/Ti复合材料在航天航空、装甲车、汽车、航海等领域中的应用。
[0011]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0012]一种低成本高性能TiB
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/Ti复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将纳米TiB2粉末和硬脂酸混合，并进行球磨，得到表面覆盖一层硬脂酸薄膜的纳米TiB2粉末，后与氢化钛粉末混合，经压制成型，烧结，得到TiB陶瓷相分布均匀的TiB
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/Ti钛基复合材料。
[0014]本专利技术方法可通过计算，取用不同量的氢化钛从而获得不同TiB体积含量的钛基复合材料。
[0015]优选地，所述氢化钛粉末和表面覆盖一层硬脂酸薄膜的纳米TiB2粉末的质量比为20.36～20.51：0.21～0.35；更优选为20.51：0.21；所得TiB陶瓷相分布均匀的TiB
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/Ti钛基复合材料中，TiB
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的体积占比为3～5vol.％。
[0016]优选地，所述硬脂酸和纳米TiB2粉末的质量比为1：80～100；更优选为1：85～100，最优选为1：95～100。
[0017]优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本高性能TiB
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/Ti复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纳米TiB2粉末和硬脂酸混合，并进行球磨，得到表面覆盖一层硬脂酸薄膜的纳米TiB2粉末，后与氢化钛粉末混合，经压制成型，烧结，得到TiB陶瓷相分布均匀的TiB
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/Ti钛基复合材料。2.根据权利要求1所述一种低成本高性能TiB
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/Ti复合材料的制备方法，其特征在于，所述硬脂酸和纳米TiB2粉末的质量比为1：80～100。3.根据权利要求1所述一种低成本高性能TiB
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/Ti复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米TiB2粉末的粒径为50～200nm，所述氢化钛粉末的粒径为40～150μm。4.根据权利要求1所述一种低成本高性能TiB
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/Ti复合材料的制备方法，其特征在于，所述氢化钛粉末和表面覆盖一层硬脂酸薄膜的纳米TiB2粉末的质量比为20.36～20.51：0.21～0.35。5.根据权利要求1所述一种低成本高性能TiB
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/Ti复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，王俊程，刘乐华，王智，屈盛官，李元元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：