[发明专利]一种高性能Ti-555型钛合金基复合材料的制备方法

说明书

一种高性能Ti‑555型钛合金基复合材料的制备方法，其特征以90wt.%雾化粉末与10wt.%纯Ti粉为基体，2wt.%B4CP为增强体经增强体湿磨24h后，加入基体湿磨48h，湿磨结束后在60℃干燥箱内烘干8h，再干磨6h，干磨结束后进行200目筛粉，而后进行放电等离子烧结（SPS）处理，最后进行固溶时效处理制备而成。本发明的抗压强度为1441.52MPa,比Ti‑555提高了55%；氧化速度为0.579 g·m^‑2·h^‑1，比Ti‑555降低了57%；在750℃下氧化层厚度由30μm减少至20μm，耐高温氧化性能显著提升。

技术领域

本发明涉及金属复合材料制备技术，尤其是一种耐高温、高强度的TiC+TiB增强的钛基材料的制备方法，具体地说是一种Ti-555型钛合金基复合材料的制备方法。

背景技术

钛基复合材料具有密度低，弹性模量高，比强度高等特点，在航空航天、汽车工业领域有不可替代的作用。众所周知，钛基复合材料的性能与增强体的种类、分散均匀性，以及复合材料的致密性密切相关。钛基复合材料的制备按增强体的来源总体上分为外加法和原位自生法。相比于外加法，原位自身生法具有更好的界面结合。原位自生法的增强效果与增强体的供源种类，增强体供源的分散均匀性以及复合材料的复合技术密切相关。B₄C_P可以提供4个B原子与1个C原子，原位反应生成TiB+TiC增强体，可以提高界面结合，分散均匀性。采用增强体湿磨、加入基体湿磨、烘干、干磨、筛粉、放电等离子烧结、热处理等步骤可以提高增强体的增强效果。

放电等离子烧结是一种压力下烧结，并具有烧结温度低、成型速度快、烧结时间短、烧结效率高等特点，使用这种方法制得的复合材料致密度高，晶粒细小且分布均匀，这种方法能有效抑制晶粒长大和增强体的团聚、偏析现象。此外，放电等离子烧结利用脉冲形成的电场能够净化材料。

本发明通过增强体湿磨、加入基体湿磨、烘干、干磨、筛粉、放电等离子烧结、热处理等步骤获得一种高性能的Ti-555型钛合金基复合材料。据申请人所知，迄今为止尚未有使用该制备方法法来制备Ti-555型钛合金基复合材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有钛基复合材料增强体大多采用外加法而存在制备难度大，性能难以提高的问题，发明一种通过以B₄C_P、Ti-555型合金粉末、纯Ti粉为原料，利用增强体湿磨、加入基体湿磨、烘干、干磨、筛粉、放电等离子烧结、热处理工艺获得耐高温，高强度的Ti-555型钛合金基复合材料的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种高性能Ti-555型钛合金基复合材料的制备方法，其特征是它以90wt.%Ti-555型合金（Ti-5.4Al-4.03Mo-3.93V-2.37Cr-0.01Zr）雾化粉末和10wt.%纯Ti粉作为基体，以B₄C_P作为增强体的供源体，基体的重量份为98 wt.%，增强体的重量份为2wt.%，基体和增强体通过湿磨、烘干、干磨、放电等离子烧结（SPS）、热处理制备得到高性能Ti-555型钛合金基复合材料；具体包括以下步骤：

步骤1，按设定的比例将B₄C_P、纯Ti粉、磨球一起置于球磨罐中湿磨，球料比为6:1，转速300±50r/min，单次运行55±5min，间隔5min，循环24±2次。结束后再加入基体粉末之一的Ti-555型合金粉末继续球磨，同参数循环48±2次；得到液体粉料；

步骤2，将湿磨后的液体粉料倒入烧杯中，置于80±5℃真空干燥箱烘干6±0.5h，待酒精完全蒸发后取出固体粉料重新装入球磨罐进行干磨，转速为300±50r/min，单次球磨55±5min，间隔5min，循环6±1次；得到混合粉末；