[发明专利]一种钛基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种钛基复合材料及其制备方法。该方法可以减少复合材料中杂质元素的含量，大幅度降低复合材料的成分不均匀性，降低高体积分数（增强相体积分数大于15%）钛基复合材料的熔炼难度。具体为：真空自耗电极电弧凝壳熔炼炉使用的钛基复合材料电极采用粉末冶金工艺方法制备。将制备钛基复合材料的原料利用罐磨机进行真空混料，再将混好的材料倒入预先制备好的金属包套进行真空焊接封装，并检查焊接后包套是否漏气。再将封装好的包套进行热等静压工艺处理。将热等静压后得到的电极锭利用机械加工和酸洗的方法去除金属包套，将多个制备好的电极锭焊接成为真空自耗电极电弧凝壳炉使用的电极，利用真空自耗电极电弧凝壳炉进行真空离心浇注铸件。

技术领域

本发明涉及钛基复合材料制备技术，具体地说是一种将粉末冶金与真空自耗电极熔炼相结合的制备工艺技术。

背景技术

采用液压等技术进行混料制备钛基复合材料，这种方式混料过程海绵钛颗粒尺寸大(一般大于1mm)并且颗粒形状不规则，混料过程很难混合均匀，导致制备的母合金锭局部增强体偏析严重，导致熔化困难，需要多次重熔，解决成分的偏析。同时在钛合金中添加陶瓷相增强体，随着增强相体积分数的增多，钛基复合材料的熔化温度显著提升，导致熔炼难度显著提升，导致无法熔炼或需多次重熔，都会导致成本的增加和工期的延长。采用粉末冶金制备母合金锭的办法制备真空自耗电极，成分容易控制，无成分偏析。可以直接使用真空自耗电极电弧凝壳炉浇注，大幅度降低成本和缩短工期。

发明内容

本发明的目的针对现有技术的不足，提供一种低成本、短工期、成分容易控制，无成分偏析的钛基复合材料的制备方法，真空自耗电极电弧凝壳熔炼炉使用的钛基复合材料电极采用粉末冶金工艺方法制备。采用粉末冶金工艺方法制备高体积分数(大于15％)钛基复合材料母合金锭,并利用真空自耗电极电弧凝壳炉进行高体积分数(大于15％)钛基复合材料熔炼和铸件的铸造。

将制备钛基复合材料的原料利用罐磨机进行真空混料，再将混好的材料倒入预先制备好的金属包套进行真空焊接封装，并进行检漏。再将封装好的包套进行热等静压工艺处理。将热等静压后得到的电极锭利用机械加工和酸洗的方法去除金属包套，将多个制备好的电极锭焊接成为真空自耗电极电弧凝壳炉使用的电极，利用真空自耗电极电弧凝壳炉进行真空离心浇注铸件。

为实现上述目的，本发明提供了一种钛基复合材料，其特征在于：其原料按重量分数配比包括如下成分：Al为5.5～6.8％、V为3.5～4.5％、Fe为0～0.30％、Si为0～0.15％、C为0.5～1.5％、B为2.5～6.7％、N为0～0.05％、H为0～0.015％、O为0～0.12％、余量为Ti。

一种钛基复合材料的制备方法，采用粉末冶金工艺方法制备母合金锭，具体过程为：

(1)真空混料：将TC4钛合金粉末、B₄C粉末混合放入混料罐中，采用分子泵对混料罐进行抽真空处理，设置罐磨机转速和混料时间，使粉料混合均匀；

(2)粉料灌装：将上述步骤(1)混合好的粉料灌入金属包套中；

(3)包套真空焊封：利用分子泵将灌好粉料的金属包套的真空度抽至1×10^-2Pa以下，采用钨极氩弧焊机将包套封闭焊接，利用氦质谱仪检测包套是否漏气；

(4)热等静压冶金结合：将步骤(3)中封装好的金属包套通过热等静压工艺处理，使其充分冶金结合，得到电极锭；

(5)包套去除：用机械加工方法将步骤(4)中电极锭的金属包套大部分加工去掉，然后用酸液浸泡，通过腐蚀去除残余的包套材料，防止后续熔炼过程中杂质元素的混入；

(6)电极制备：将步骤(5)处理好的电极锭焊接成为真空自耗电极电弧凝壳炉使用的电极；

(7)钛基复合材料的浇注：将所述制得的自耗电极利用真空自耗电极电弧凝壳炉熔化，翻转水冷铜坩埚，将合金液体倒入铸型中，TiB和TiC增强相在凝固过程中原位生成。