[发明专利]固相原位反应生成高硬度耐高温TiC+TiB增强钛基复合材料及其制备方法

说明书

一种固相原位反应生成高硬度耐高温TiC+TiB增强钛基复合材料及其制备方法，其特征是，它是由90wt.%Ti‑555型合金（Ti‑5.4Al‑4.03Mo‑3.93V‑2.37Cr‑0.01Zr）+10%纯Ti粉和（1wt.%，2 wt.%，3wt.%）B₄C_p增强体通过粉末冶金过程中的高温原位反应生成。本发明的固相原位反应生成高硬度耐高温TiC+TiB增强钛基复合材料具有较高的硬度，处理后的硬度达999.28HV，高温抗氧化性也得到很大的提升：750℃恒温环境下100h后氧化增重为9.34mg·m^‑2，850℃恒温环境下100h后氧化增重为31.11mg·m^‑2。在航空航天、武器装备领域的应用更为广泛。

技术领域

本发明涉及一种钛基复合材料技术，尤其是一种TiC+TiB增强的钛基复合材料及其制备方法，具体地说是以B₄C_P和Ti-555型合金等为原料，通过粉末冶金过程中的高温原位反应生成TiC+TiB增强钛基复合材料。

背景技术

钛基复合材料具有密度低，耐高温，比硬度和比强度高等一系列优良的特性，在航空航天、武器装备等领域具有广阔的应用背景和不可替代的作用。

TiB和TiC是钛基复合材料常用的增强体，TiB或TiC增强的钛基复合材料的增强体常用外加法或液相原位反应法制备。但是外加法存在增强体与基体界面结合不理想的问题，液相原位反应法制备的复合材料常出现增强体团聚的问题，因此复合材料的性能通常不够理想。而用固相原位反应生成的TiB和TiC增强钛基复合材料，由于增强体是原位生成，因此其与基体的界面结合良好。同时，可以通过球磨充分分散原料而使增强体均匀分散，提高复合材料的性能。

B₄C_p增强体具有密度低（2.51g·cm^-3）、弹性模量高等优点。且与其他大多数增强体不同（如SiCp），B₄C_p可以提供4个B原子和1个C原子，都可以与Ti原子结合形成高硬度耐高温的TiB和TiC增强体。原位反应生成的TiC和TiB增强相，可以改善元素分布、组织构成，从而大幅度提高钛基复合材料的硬度和抗高温氧化性。通过添加B₄C_p增强体并经过粉末冶金的高温原位反应生成TiC+TiB增强相制备一种高硬度耐高温的钛基复合材料。在B₄C_P+Ti的反应体系中，存在5Ti+B₄C=TiC+4TiB，3Ti+B₄C=2TiB₂+TiC等反应。其中5Ti+B₄C=TiC+4TiB的自由能ΔG最小，故该反应最易进行。

迄今为止，尚没有一种固相原位反应生成高硬度耐高温TiC+TiB增强钛基复合材料可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。

发明内容

本发明的目的针对现有的TiB和TiC是钛基复合材料因制备工艺不合理，存在性能难以提高和改善的问题，发明一种以B₄C_P和Ti-555型合金为原料，基于5Ti+B₄C=TiC+4TiB反应，通过粉末冶金过程中的原位反应生成TiC和TiB增强相的固相原位反应生成高硬度耐高温TiC+TiB增强的钛基复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种固相原位反应生成高硬度耐高温TiC+TiB增强钛基复合材料，其特征是，它由87-89wt.%Ti-555型合金（Ti-5.4Al-4.03Mo-3.93V-2.37Cr-0.01Zr）和10%纯Ti粉作为基体，添加1-3wt.% B₄C_p的增强体，通过粉末冶金过程中的高温原位反应生成TiC+TiB增强相制备而成。

本发明的技术方案之二是：