一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料及其制备方法技术

一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料及其制备方法，它涉及一种增强Ti60基复合材料及其制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有钛基复合材料性能单一，综合力学性能提高幅度有限，限制了其应用范围的问题。一种网状分布的TiBw和TiC混杂增强Ti60基复合材料以TiB2粉和C粉为原料，以Ti60合金为基体，原位自生形成TiB晶须和TiC颗粒混杂增强体，混杂增强体位于Ti60基体颗粒周围，构成网状结构。方法：一、机械混粉；二、热压烧结。本发明专利技术中TiCp的引入有效增加了网状界面处局部增强体含量，提高了复合材料强度。本发明专利技术可获得一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料。TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料。TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种增强Ti60基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]Ti60合金属于近α型钛合金，是目前服役温度最高的高温钛合金，因具有低密度、高温强度优异、良好的抗氧化性能和高的蠕变抗力等优点，在航空航天领域备受青睐。然而，该合金最高使用温度不超过600℃，此温度以上高温强度急剧下降严重制约了此类材料的发展。与传统高温钛合金相比，原位自生非连续钛基复合材料在高温下具有更加优异的耐高温性能，并可有效提高合金服役温度，使其成为航天、航空及汽车用耐热结构材料的最佳选择。
[0003]传统上，粉末冶金技术制备增强体均匀分布的原位自生非连续钛基复合材料，在有限提高材料强度的同时却大大降低了塑性。根据Hashin
‑
Shtrikman(H
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S)理论及晶界强化理论，通过设计并制备的增强体呈网状分布的TiBw/Ti复合材料(ZL200810136852.8)，不仅有效改善了钛基复合材料塑性指标，还显著提高了增强体在室温和高温下的强化效果，解决了粉末冶金技术制备钛基复合材料脆性大的瓶颈问题。然而，该复合材料受制于基体合金自身的特性，不能获得更高的高温性能，加之采用单一的TiBw增强体，因此获得的复合材料性能单一，综合力学性能提高幅度有限，限制了其应用范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是要解决现有钛基复合材料性能单一，综合力学性能提高幅度有限，限制了其应用范围的问题，而提供一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料及其制备方法。
[0005]一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料以TiB2粉和C粉为原料，以Ti60合金为基体，原位自生形成TiB晶须和TiC颗粒混杂增强体，混杂增强体位于Ti60基体颗粒周围，构成网状结构。
[0006]一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
[0007]一、机械混粉：
[0008]将TiB2粉、C粉和纯Ti60合金粉进行球磨混粉，得到复合粉末；
[0009]步骤一中所述的复合粉末中纯Ti60合金粉的质量分数为96～99.6％，TiB2粉的质量分数为0.29～2.9％，C粉的质量分数为0.11～1.1％；
[0010]二、热压烧结：将复合粉末装入抽真空的密闭模具中，再放入热压烧结炉中进行真空热压烧结，温度从室温升温到1200～1500℃，再在温度为1200～1500℃和压力为15～35MPa的条件下保压，冷却到室温，得到网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料。
[0011]本专利技术的原理及有益效果：
[0012]一、本专利技术采用微米级TiB2粉与微米级C粉作为增强体原料有效降低了原料成本，克服了增强体颗粒团聚的问题；
[0013]二、本专利技术网状结构Ti60基复合材料中TiCp均匀分布在TiBw之间，TiBw和TiCp混杂增强体位于初始β晶界处，形成网状分布特征；相比于单一增强TiBw/Ti复合材料(ZL200810136852.8)，TiCp的引入有效增加了网状界面处局部增强体含量，可进一步强化网状界面，最终提高整体复合材料强度水平。
[0014]三、本专利技术方法制备过程中由于TiB属于有序斜方晶系的B27结构，其沿[010]方向生长速度最快，故容易形成晶须状，因此TiB2与Ti反应生成TiBw，网状界面处TiBw长入基体颗粒内部，并像销钉一样将相邻基体颗粒有效连接，可以提高增强效果及塑性水平；与单一增强TiBw/Ti复合材料(ZL200810136852.8)中的TiBw长径比相比，本专利技术制备的TiBw具有更高的长径比，可进一步提高TiBw增强体的强化效果。
[0015]四、本专利技术方法简单，稳定性及可调控性强；
[0016]五、本专利技术制备的网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料经室温与高温拉伸性能测试，结果表明本专利技术制备的网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料比TiBw/Ti合金复合材料(ZL200810136852.8)在室温和高温下具有更显著的增强效果；以5vol.％增强体含量为例，单一增强的TiBw/TC4复合材料室温抗拉强度达到1090MPa(Scripta Materialia 64(2011)844
‑
847)，600℃时抗拉强度达到517MPa(Materials Science and Engineering A 534(2012)688
‑
692)，而本专利技术制备的网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料在保持一定的延伸率的情况下，在室温和高温下(600℃)的抗拉强度分别可以达到1162MPa和815MPa。
[0017]本专利技术可获得一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料。
附图说明
[0018]图1是实施例3制备的网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料的低倍SEM照片；
[0019]图2是实施例3制备的网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料的高倍SEM照片。
具体实施方式
[0020]以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。
[0021]具体实施方式一：本实施方式一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料以TiB2粉和C粉为原料，以Ti60合金为基体，原位自生形成TiB晶须和TiC颗粒混杂增强体，混杂增强体位于Ti60基体颗粒周围，构成网状结构。
[0022]具体实施方式二：本实施方式是一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
[0023]一、机械混粉：
[0024]将TiB2粉、C粉和纯Ti60合金粉进行球磨混粉，得到复合粉末；
[0025]步骤一中所述的复合粉末中纯Ti60合金粉的质量分数为96～99.6％，TiB2粉的质量分数为0.29～2.9％，C粉的质量分数为0.11～1.1％；
[0026]二、热压烧结：将复合粉末装入抽真空的密闭模具中，再放入热压烧结炉中进行真空热压烧结，温度从室温升温到1200～1500℃，再在温度为1200～1500℃和压力为15～35MPa的条件下保压，冷却到室温，得到网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料。
[0027]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：步骤一中所述的TiB2粉的粒度为1～8μm。其它步骤与具体实施方式二相同。
[0028]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二至三之一不同点是：步骤一中所述的C粉的粒度为1～5μm。其它步骤与具体实施方式二至三相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料，其特征在于一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料以TiB2粉和C粉为原料，以Ti60合金为基体，原位自生形成TiB晶须和TiC颗粒混杂增强体，混杂增强体位于Ti60基体颗粒周围，构成网状结构。2.如权利要求1所述的一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料，其特征在于该制备方法具体是按以下步骤完成的：一、机械混粉：将TiB2粉、C粉和纯Ti60合金粉进行球磨混粉，得到复合粉末；步骤一中所述的复合粉末中纯Ti60合金粉的质量分数为96～99.6％，TiB2粉的质量分数为0.29～2.9％，C粉的质量分数为0.11～1.1％；二、热压烧结：将复合粉末装入抽真空的密闭模具中，再放入热压烧结炉中进行真空热压烧结，温度从室温升温到1200～1500℃，再在温度为1200～1500℃和压力为15～35MPa的条件下保压，冷却到室温，得到网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料。3.根据权利要求2所述的一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的TiB2粉的粒度为1～8μm。4.根据权利要求2或3所述的一种网状分布的TiBw和TiCp混杂增强Ti60基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的C粉的粒度为1～5μm。5.根据权利要求4所述的一种网状分布的TiBw和TiCp...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海亭，胡丹，白玉婷，王永东，孙俭峰，吴桐，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：