[发明专利]一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金及制备与应用

权利要求书

1.一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金，其特征在于，所述多尺度双态结构钛合金由以下原子百分比的元素组成：Ti52.5～62at.％，Nb10.0～14.1at.％，Fe5.5～21.5at.％，Co8～16.3at.％，Al5.8～6.7at.％，以及不可避免的微量杂质；其微观结构包括纳米晶和超细晶的层片状共晶组织基体，以及微米尺寸的等轴晶第二相。

2.根据权利要求1所述的一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金，其特征在于：所述的纳米晶和超细晶的层片状共晶组织基体由β-Ti和TiFe形成的共晶构成，其层片宽度范围为90nm～0.8μm；所述微米尺寸的等轴晶组成为(Co,Fe)Ti₂，其尺寸范围为1.2μm～4μm。

3.权利要求1或2所述的一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

(1)混粉：把各元素单质粉末按原子百分比配料后混合均匀；

(2)高能球磨制备合金粉末：将混合均匀的粉末置于惰性气氛保护的球磨机中进行高能球磨，直至形成纳米晶或非晶结构的合金粉末，然后对球磨合金粉末进行热物性分析，确定升温过程中合金粉末的共晶转变峰和第二熔化峰，以确定合金粉末的半固态温度区间，每个峰分别包含三个特征温度值：开始温度、峰值温度和结束温度；

(3)半固态烧结合金粉末：将步骤(2)的合金粉末装入模具内，通过粉末冶金技术进行烧结，烧结过程分为三个阶段：①烧结压力条件下，升温至低于共晶转变的开始温度，对合金粉末进行致密化烧结处理；②继续升温至半固态烧结温度T_s，其中共晶转变的开始温度≤T_s≤第二熔化峰开始温度，在30～400MPa烧结压力下进行半固态烧结加工处理5～25min；③保持压力，以400℃/min以上的冷却速度冷却，得到基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金。

4.根据权利要求3所述的一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述单质粉末为雾化法或电解法制备的单质粉末；单质粉末的直径为25～150μm。

5.根据权利要求3所述的一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述高能球磨指在转速为2～5r/s下球磨1～70h，球料比为7:1～12:1。

6.根据权利要求3所述的一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的粉末冶金技术是指粉末挤压、粉末热压、热等静压、粉末轧制、粉末锻造和放电等离子烧结等粉末固结方法中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的粉末冶金技术是指放电等离子烧结。

8.根据权利要求3所述的一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的模具为石墨模具，所述的烧结压力为30～100MPa。

9.根据权利要求3所述的一种基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的模具为碳化钨模具，所述的烧结压力为50～400MPa。

10.权利要求1或2所述的基于共晶转变的多尺度双态结构钛合金在航天航空、兵器或体育器材领域中的应用。