[发明专利]一种含纳米TiN陶瓷的钛基多孔复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硬质合金粉末冶金的技术领域，具体涉及一种含纳米TiN陶瓷的钛基多孔复合材料制备方法。

背景技术

孔隙，赋予多孔材料崭新的优异性能，使其具备致密材料无法比拟的功能，孔隙的特征使得金属材料同时具备了结构材料和功能材料的双重特性，大体有三方面的运用。一方面是功能用途如：过滤与分离、热交换、多孔电极、催化反应、吸能减震、消声降噪等；一方面是结构用途如：航天航空业、汽车工业、建筑也、机械部件等；一方面生物医学用途。正是由于多孔金属具有广泛的运用领域和广阔的市场前景，近年来引起了研究人员的关注。而多孔钛基复合材料（简称TMC）是以金属钛作为基体，加第二相作为增强体，构成的复合材料。对于钛基复合材料而言，由于陶瓷相具有高熔点、耐腐蚀、高的弹性模量、良好的强度等特性。近年来陶瓷作为增强相被广泛的运用到了钛基复合材料之中，常见的陶瓷增强相主要有SiC、TiC、B₄C、TiB₂、ZrB₂、TiAl；通过外加或者原位合成等方法引入这些陶瓷增强相都不同程度的改善了钛基材料的室温性能、高温性能、抗氧化性能、抗磨损性能等，大大扩展了材料的用途和延长了使用寿命。

但是TiN同样作为一种耐高温陶瓷，具有高的熔点，高比强度、比刚度等特点，但将其作为Ti基复合材料的增强体还很少有相关报道，将TiN陶瓷相引入到钛基多孔材料的制备上还未见报道。但是关于将微米、纳米级TiN颗粒增强引入到其他金属优化工艺过程中，出现了较多的报道和实际运用。

陈等人研究了TiN颗粒增强AgCuTi合金钎焊CBN磨料的界面微结构，在复合钎料中加入8%的TiN（尺寸小于5μm）颗粒，发现加入TiN颗粒后不仅使Ag-Cu-Ti合金钎料的显微组织得到了明显的细化，而且形成了以TiN颗粒为增强相，银基合金为基础的金属基复合材料，并且显著提高了结合剂层的硬度。刘等人采用粉末冶金法制备了不同颗粒含量的TiN_P/Cu系列复合材料。研究了TiN颗粒对TiN_P/Cu的硬度、屈服强度、导电性能及摩擦性能磨损性能的影响。结果表明TiN_P/Cu的硬度、屈服强度、摩擦磨损性能明显优于纯铜。李等人研究了TiN-Ti细化剂对纯铝及Al-4Cu合金组织与性能的影响，发现在铝及铝合金熔体中添加超细陶瓷颗粒可提供大量的弥散质点以促进非均质形核，使得组织明显细化使得等轴晶的比率明显提高，添加0.2wt%TiN/Ti细化剂的α-Al相平均尺寸由161μm细化至131μm，其抗拉强度和屈服强度分别比为添加细化剂的Al-4Cu合金试样分别提高了103.1%和155.4%。王等人研究了55SiMnMo钢中添加纳米级TiN颗粒的工业实验，结果表明添加纳米TiN颗粒的55SiMnMo钢比未添加纳米TiN颗粒的钢的屈服强度提高了10.0%，贝氏体尺寸有一定程度的细化，其中TiN主要以纯物质纯在，在组织中起到了异质核心、钉扎以及沉淀强化作用。由此可见TiN颗粒在金属复合材料得到了较为广泛的运用，尤其在改善金属组织形态、力学性能、耐高温、抗磨损性能等方面有显著的作用。

在钛基复合材料的制备过程中主要的方法为外加法和原位合成法，但是外加法由于增强体价格高，增强体与基体润湿性差、热力学不稳定、存在界面化学反应、界面结合强度低等缺点，难以应用于大规模的工业化生产。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种成本低、增强体粒度小、分散均匀、界面结合强度高、材料性能优异一种含TiN陶瓷的钛基多孔复合材料的制备方法，以克服TiN增强相与钛基基体界面结合强度低、材料性能差的缺陷，用以解决现有技术的多孔钛制备工艺所得的钛基多孔材料抗腐蚀性差、材料性能恶化、使用寿命短、工艺复杂、能耗高等问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种含纳米TiN陶瓷的钛基多孔复合材料制备方法，包括下述步骤：

1）称取钛粉装入预先用无水乙醇清洗并干燥好的高能球磨罐中，球料比为10~20：1；

2）将装有钛粉的高能球磨罐盖好，用氮气充洗球磨罐的罐体3次以上，以排出球磨罐中的空气，然后向球磨罐中充入氮气，充入氮气的压强为5×10⁵~20×10⁵Pa；