[发明专利]一种SPS烧结钛基复合材料及其制备方法

说明书

一种SPS烧结钛基复合材料及其制备方法，其特征是它由Ti‑6Al‑4Sn‑9Zr‑1.21Nb‑1.6Mo‑0.3Si粉和纳米GNP粉末复合烧结制备而成；首先加入无水乙醇将纳米GNP粉末充分分散，使后续操作GNP粉末不产生团聚现象，再加入Ti‑6Al‑4Sn‑9Zr‑1.21Nb‑1.6Mo‑0.3Si粉进行湿磨，然后干燥结束后再进行干磨，粉料过筛后得到颗粒均匀的粉料，再干燥一次，然后将混合粉末倒入石墨模具中进行等离子烧结，使得Ti‑6Al‑4Sn‑9Zr‑1.21Nb‑1.6Mo‑0.3Si粉和纳米GNP粉末进一步合金化。由本发明所得的复合材料具备优良的性能，材料的成分均匀性和抗氧化性大大提高。

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术，尤其是一种提高抗氧化性能的Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si-xGNP复合材料及其制备方法，具体地说是一种采用球磨-放电等离子烧结技术制备所得的Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si-xGNP复合材料的技术。

背景技术

钛合金及其复合材料具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，主要运用在制作飞机发动机压气机部件、火箭、导弹和高速飞机的结构件等。钛基复合材料发展至今，增强材料可分为两类，连续纤维增强钛基复合材料和非连续增强复合材料。连续纤维增强钛基复合材料与非连续增强钛基复合材料相比，它的纤维价格昂贵、各向异性和二次加工难，导致其应用范围较小。而非连续增强钛基复合材料中添加的增强体具有良好的力学性能和热性能等，可满足航空、航天、军事等领域的一些专业设备对高性能材料的要求，是钛合金及其复合材料发展的重要方向。

常用的钛基复合材料增强体主要有TiB₂，TiN，B₄C，ZrC，SiC，TiB，TiC，Si₃N₄和Al₂O₃等，近年来又出现了以碳纳米管、石墨烯等碳基材料作为增强体。石墨烯与其他增强体相比，具有高强度和高韧性，可弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa，且具有良好的热传导性能。此外，添加石墨烯后可以原位生成TiC等碳化物颗粒，与基体的相溶性更好，界面结合强度更高，还可进一步提高复合材料的综合性能。因此，选用石墨烯作为增强体来研究具有极高的应用价值。

发明内容

本发明的目的针对现有的钛合金改性原材料成本高、抗氧化性能无法提高等一系列问题，发明一种采用“球磨混粉-放电等离子烧结”工艺制备的Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si-xGNP复合材料，同时提供其制备方法，所提供的制备方法操作简单，成本低廉，所获得的钛基复合材料具有优良的抗氧化性能。

本发明的技术方案之一是：

一种SPS烧结Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si-xGNP复合材料，其特征是它由Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si粉和纳米GNP粉末复合烧结制备而成，所述的Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si-xGNP中Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si以30g为一个当量单位，每一个当量单位的Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si需添加x wt.%当量的纳米GNP粉末，x的取值范围为1-4，梯度为1。

本发明的技术方案之二是：

一种基于球磨混粉-放电等离子烧结制备的Ti-6Al-4Sn-9Zr-1.21Nb-1.6Mo-0.3Si-xGNP复合材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：