【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用tib晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法。
技术介绍
1、钛合金具有高比强度、优异的耐高温性能等特点，并广泛应用于航空、航天、军事武器等领域。随着工业的快速发展对钛合金的性能提出了更高的要求，单一成分的钛合金已经难以满足应用需求，目前很多研究者通过引入增强相来实现钛合金复合化提高其高温性能，钛基复合材料的应用也受到越来越多的关注。tib2作为一种具有优异强度、刚度和硬度的增强相，并且与合金基体具有相近的热膨胀系数，通过在高温烧结过程中与ti元素发生原位自生反应生成tib晶须，可以将钛合金的使用温度提高100～200℃。而钛基复合材料中tib晶须的尺寸、形貌以及制备工艺参数、混合粉末状态都会对其性能产生重要的影响。纳米尺度的增强相具有非常好的强化效果，然而目前获得纳米尺度tib晶须增强的钛基复合材料方法多采用烧结后进行热机械变形，比如热锻造、热挤压或热轧制等使tib晶须破碎成细小的微米级甚至纳米级增强相，但是这种制备方法具有工艺流程复杂、制造成本高等缺点，且最终坯料受到锻造、挤压等尺寸的限制，难以获得大尺寸钛基复合材料零部件，不适合大规模工业生产。因此，寻求一种具有纳米tib晶须的钛基复合材料并且使其具有优异的高温强塑性是目前亟待解决的一个难题。
技术实现思路
1、本专利技术是要解决目前纳米尺度tib晶须增强钛基复合材料的制备方法工艺流程复杂、制造成本高，不适合大规模工业生产的技术问题，而提供一种用纳米tib晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法。
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3、一、将钛合金粉末和纳米级的tib2粉末进行低能球磨混合将tib2粉末均匀地镶嵌在钛合金粉末的表面，得到混合均匀的复合粉末；所述的混合均匀的复合粉末中纳米级的tib2粉末的质量分数为1％～2.5％；
4、二、将混合均匀的复合粉末放入石墨模具中，在1200℃～1300℃(高于钛合金的β相转变温度)进行热压烧结，保温0.75h～2h，施加压力为20mpa～40mpa，热压烧结后自然随炉冷却至室温；
5、三、去除石墨模具，获得致密的纳米tib晶须增强的钛基复合材料。
6、本专利技术选用近α型钛合金和tib2纳米颗粒作为原始材料，通过调整tib2增强相的粒径，增强相含量和球磨参数来使得纳米tib2均匀地镶嵌在钛合金粉末的表面，同时不使钛合金的球形粉末发生挤压变形，有效避免在热压烧结过程中所有的tib2纳米颗粒直接与ti基体相接触生成粗大的微米级晶须；然后选择合适的热压烧结参数，比如烧结温度、时间以及烧结压力，在热压烧结过程中，随着烧结温度的升高，b元素沿[010]方向的扩散距离和速度呈跳跃式增加，使tib晶须沿[010]方向的生长速度增加。当tib晶须沿[010]方向长大到一定程度后，受扩散距离的限制，沿[010]方向迁移速度减缓。此时b元素的迁移路径发生改变，沿着还未长大晶须的[010]方向进行生长，这些晶须在生长的同时，受b元素含量的影响会使得周围已经长大的tib晶须[001]方向的生长受到抑制，减小晶须的宽度，形成纳米尺度的细针状和颗粒状晶须。tib2纳米颗粒促进α晶粒在tib晶须富集区的结晶，产生大量等轴的α晶粒，加剧了tib晶须贫化区β/α层片组织的等轴化，形成具有纳米tib晶须和双峰结构的钛基复合材料。在600℃、650℃和700℃条件下进行高温拉伸测试，抗拉强度分别达到589mpa、487mpa和392mpa，延伸率分别为16.2％、16.4％和25％，相对于大尺寸tib2(3-5μm)原位自生微米级tib晶须增强的钛基复合材料，高温强塑性得到了大幅度提升。
7、本专利技术具有如下的优点：
8、(1)、本专利技术通过低能球磨+热压烧结的方法，利用tib的原位自生反应，在原始β晶界处生成纳米级tib晶须，纳米级tib晶须的长径比增加，使钛基复合材料内部α晶粒的等轴化程度增加，可以有效提高钛基复合材料的高温性能，在高温下tib晶须载荷传递强化效果增强；
9、(2)、本专利技术所获得的纳米尺度tib增强的钛基复合材料：在纳米tib晶须贫化区，规则分布α/β层片，与采用大尺寸tib2(3-5μm)原位自生微米级tib晶须增强的钛基复合材料相比，基体合金中组织等轴化程度增加，在纳米tib晶须富集区存在大量等轴状的α晶粒组织以及连续网状分布的纳米tib晶须，获得具有等轴晶粒包裹片层的双峰晶粒组织结构特征；等轴α晶粒的增加可以在变形时产生更多的位错，进一步提升钛基复合材料的高温强塑性；
10、(3)、本专利技术只需将原料粉末以适当的比例进行低能球磨混合和热压烧结即可制备，避免后续热变形处理，降低成本，同时保证优异的高温性能；
11、(4)、本专利技术突破了传统复杂热变形工艺获得纳米晶须增强钛基复合材料的限制，可以有效降低纳米级晶须增强钛基复合材料的制造成本，该方法不仅可以制备大尺寸钛基复合材料坯料，同时具有工艺流程简单，可以实现大规模工业化生产。
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1.一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法是按以下步骤进行的：
2.根据权利要求1所述的一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤一中所述的钛合金粉末为球形粉末，粒径为75μm～150μm，纯度为99.9％。
3.根据权利要求1所述的一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤一中所述的纳米级的TiB2粉末的粒径为100nm～200nm，纯度大于99％。
4.根据权利要求2所述的一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤一中所述的钛合金粉末的化学成分为：Ti-(3.3-8)Al-(0-2.5)Mo-(0-3.5)V-(1-4.4)Zr，其中Al为α稳定元素，V和Mo均为β相稳定元素。
5.根据权利要求1所述的一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤一中所述的低能球磨的转速为180rpm～230rpm，球和料的质量比为(3～5):1，球磨时间为4h～6h。p>
6.根据权利要求1所述的一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤二中所述的石墨模具的内径为40mm～120mm。
7.根据权利要求1所述的一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤二中将混合均匀的复合粉末放入石墨模具之前需要先在石墨模具的内壁和底面上均匀粉刷一层氮化硼浆料，然后进行风干，用于减小热压烧结过程中坯料与模具的摩擦。
8.根据权利要求7所述的一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤二所述的氮化硼浆料是由氮化硼粉末与酒精按照体积比为1:(2～3)混合而成。
9.根据权利要求1所述的一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤二在1200℃进行热压烧结。
10.根据权利要求9所述的一种用纳米TiB晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤二中在1200℃保温1h，保温时压力为35MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种用纳米tib晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于用纳米tib晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法是按以下步骤进行的：
2.根据权利要求1所述的一种用纳米tib晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤一中所述的钛合金粉末为球形粉末，粒径为75μm～150μm，纯度为99.9％。
3.根据权利要求1所述的一种用纳米tib晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤一中所述的纳米级的tib2粉末的粒径为100nm～200nm，纯度大于99％。
4.根据权利要求2所述的一种用纳米tib晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤一中所述的钛合金粉末的化学成分为：ti-(3.3-8)al-(0-2.5)mo-(0-3.5)v-(1-4.4)zr，其中al为α稳定元素，v和mo均为β相稳定元素。
5.根据权利要求1所述的一种用纳米tib晶须增强钛基复合材料高温强塑性的方法，其特征在于步骤一中所述的低能球磨的转速为180rpm～230rpm，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，田思宇，黄陆军，贾自远，喻启元，张欢，王帅，张芮，耿林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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