一种低温热等静压制备钛基复合材料的方法以及由此制得的钛基复合材料技术

本发明专利技术涉及一种低温热等静压制备钛基复合材料的方法以及由此制得的钛基复合材料。所述方法为：将钛基粉末和增强相原料粉末混合均匀后进行真空热压烧结，得到钛基复合材料坯料；将钛基复合材料坯料进行制粉，得到钛基复合粉末；将钛基复合粉末装入钢包套中，经真空除气与封焊处理后，再在700～1030℃进行低温热等静压处理3～6h，经酸洗脱模，制得钛基复合材料。本发明专利技术降低了热等静压制备钛基复合材料的制备温度，避免了二次复压和钛合金包套，提高了制备效率，可以避免增强相尺寸长大，可以促进基体晶粒细化与等轴化，有利于提高复合材料性能；同时降低了热等静压过程中Ti

【技术实现步骤摘要】
一种低温热等静压制备钛基复合材料的方法以及由此制得的钛基复合材料


[0001]本专利技术涉及钛基复合材料制备
，具体涉及一种低温热等静压制备钛基复合材料的方法以及由此制得的钛基复合材料。

技术介绍

[0002]钛基复合材料，是通过在钛合金基体中加入陶瓷增强相所获得的一种复合材料。钛基复合材料因其优异的比强度和比刚度等特性，在航空航天领域具有广泛的应用前景。但是，由于硬质陶瓷增强相的引入，钛基复合材料的塑性和韧性受到很大影响，不利于其加工和成形。热等静压法，作为一种制备成形一体化的材料制备方式，是实现钛基复合材料应用推广的一种有效制备手段。
[0003]热等静压制备材料一般包括包套制备、装粉、封焊、热等静压与脱模。对于热等静压法制备钛合金来说，压制温度一般在950℃以下，包套一般采用应用较为成熟的低碳钢。但是通过粉末冶金制备钛基复合材料往往需要原位自生反应生成增强相，通常生成这些增强相的原位自生反应一般是需要在1100℃以上保温足够时间才能充分进行。根据铁
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钛相图，在1085℃以上，铁和钛会发生共晶反应产生液相。如果采用低碳钢或不锈钢包套，热等静压温度超过共晶温度制备钛基复合材料时风险极高，而且液相的形成使得构件尺寸难以精确控制，生成的共晶反应物也会严重影响内部材料的性能，失去了热等静压成形的目的。为此，钛基复合材料制备采用两种改进方式。其一，在1000℃以下进行一次热等静压使内部粉体充分烧结致密，脱模后再在1100℃以上进行二次复压(如参考中国专利申请CN202210165173.3)；但这种方法需要两次入炉，成本过高，制备周期长。其二，采用纯钛替代低碳钢或不锈钢进行包套；但这不仅提高了包套的制备与加工成本，而且钛的可焊性和高温稳定性弱于钢，可能在高温下发生焊缝开裂等问题，而且包套与基体均为钛材，脱模不易，只能采用机加工方式脱模，对于复杂形状无法实现脱模。不仅如此，以上两种通过粉末冶金制备钛基复合材料的方式的共性问题是，均需要在增强相原位自生反应温度(1100℃)以上的高温下进行热等静压(热等静压一般需要在1100℃以上保温足够时间)，即涉及在钛合金基体的β单相区进行热等静压。而单相区压制会使基体完全转变为β相，晶粒粗化，并促进增强相的大规模长大，降低材料性能。
[0004]因此，非常有必要提供一种新的钛基复合材料的制备方法，以解决现有钢包套热等静压制备钛基复合材料过程中由于热等静压制备中存在的增强相原位自生反应和铁
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钛共晶反应的温度冲突而导致的制备效率较低、制备与加工成本较高以及钛基复合材料性能较低等问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种低温热等静压制备钛基复合材料的方法以及由此制得的钛基复合材料。本专利技术方法降低了热等静压
钛基复合材料的制备温度，避免了二次复压和采用钛合金包套，可以有效降低材料制备成本，提高了制备效率；本专利技术降低了热等静压压制温度，也可以避免增强相尺寸长大，可以促进基体晶粒细化与等轴化，有利于提高复合材料性能；同时降低了热等静压过程中Ti
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Fe扩散程度，提高了热等静压制备钛基复合材料的表面质量，可以实现钛基复合材料制备成形一体化。
[0006]本专利技术在第一方面提供了一种低温热等静压制备钛基复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：
[0007](1)将钛基粉末和增强相原料粉末混合均匀后进行真空热压烧结，得到钛基复合材料坯料；
[0008](2)将所述钛基复合材料坯料进行制粉，得到钛基复合粉末；
[0009](3)将所述钛基复合粉末装入钢包套中，经真空除气与封焊处理后，再在700～1030℃进行低温热等静压处理3～6h，经酸洗脱模，制得钛基复合材料。
[0010]优选地，所述真空除气为：先在室温下进行真空除气至钢包套内的真空度达到10
‑2Pa以下，然后在350～450℃继续进行真空除气至钢包套内的真空度达到10
‑3Pa以下，再在550～650℃继续进行真空除气至钢包套内的真空度再次达到10
‑3Pa以下。
[0011]优选地，所述钛基粉末为TA、TB或TC系列钛合金粉末；所述增强相原料粉末为TiB2、B4C、LaB6、B、C或Si粉末中的一种或多种；和/或所述钢包套为不锈钢包套或低碳钢包套。
[0012]优选地，通过旋转电极或气雾化方式进行制粉；和/或所述钛基复合粉末的粒径为20～250μm。
[0013]优选地，所述钛基复合材料中含有的增强相的体积分数为0.5～10vol.％。
[0014]优选地，所述真空热压烧结的温度为1100～1300℃，所述真空热压烧结的压力为20～40MPa，所述真空热压烧结的时间为0.5～2h。
[0015]优选地，所述低温热等静压处理的温度为700～900℃。
[0016]优选地，所述低温热等静压处理的压力为100～150MPa；和/或以5～15℃/min的升温速率升温至所述低温热等静压处理的温度。
[0017]优选地，采用硝酸溶液进行所述酸洗脱模，所述硝酸溶液的浓度为20～50vol.％。
[0018]本专利技术在第二方面提供了一种钛基复合材料，采用本专利技术在第一方面所述的低温热等静压制备钛基复合材料的方法制备得到。
[0019]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0020](1)针对热等静压制备钛基复合材料方法，本专利技术首次提供了一种低温热等静压制备钛基复合材料的方法；本专利技术方法首先通过真空热压烧结方式制备钛基复合材料坯料，并利用气雾化或旋转电极制粉方式将钛基复合材料坯料熔化并迅速冷却，获得具有小尺寸均匀分布增强相的钛基复合粉末；然后将得到的钛基复合粉末填装进不锈钢或低碳钢包套，经真空除气和封焊处理后，只需要700～1030℃下长时间保温进行热等静压即可实现钛基复合材料致密化；最后将热等静压后制备的坯料进行硝酸酸洗脱模，即可得到钛基复合材料；本专利技术方法可以显著降低钛基复合材料热等静压温度，提高钛基复合材料制备效率；此外，本专利技术在低温下进行热等静压制备钛基复合材料可以有效避免增强相尺寸长大，可以促进基体晶粒细化与等轴化，同时降低了热等静压过程中Ti
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Fe扩散程度，提高了热等
静压制备钛基复合材料的表面质量，这些均有利于提高复合材料性能。
[0021](2)本专利技术方法通过硝酸酸洗脱模后，无需进行后续热处理、变形处理或粗机加工，直接得到的是高性能钛基复合材料构件，实现了钛基复合材料热等静压制备成形一体化；本专利技术方法显著降低了钛基复合材料制备温度，避免了二次复压和采用钛合金包套，明显提高了钛基复合材料制备效率，可以实现复杂形状的钛基复合材料构件制备成形一体化；在应用时，本专利技术制得的钛基复合材料构件通过少数部位精加工或者与其它构件连接的结构进行加工(比如加工螺纹等)后即可投入使用。
[0022](3)本专利技术方法解决了现有技术中钛基复合材料由于热等静压制备中存在的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温热等静压制备钛基复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将钛基粉末和增强相原料粉末混合均匀后进行真空热压烧结，得到钛基复合材料坯料；(2)将所述钛基复合材料坯料进行制粉，得到钛基复合粉末；(3)将所述钛基复合粉末装入钢包套中，经真空除气与封焊处理后，再在700～1030℃进行低温热等静压处理3～6h，经酸洗脱模，制得钛基复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述真空除气为：先在室温下进行真空除气至钢包套内的真空度达到10
‑2Pa以下，然后在350～450℃继续进行真空除气至钢包套内的真空度达到10
‑3Pa以下，再在550～650℃继续进行真空除气至钢包套内的真空度再次达到10
‑3Pa以下。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钛基粉末为TA、TB或TC系列钛合金粉末；所述增强相原料粉末为TiB2、B4C、LaB6、B、C或Si粉末中的一种或多种；和/或所述钢包套为不锈钢包套或低碳钢包套。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，黄陆军，麻子硕，安琦，张宇，金嘉熠，刘文齐，耿林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：