[发明专利]一种多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料及其制备方法

权利要求书

1.一种多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料，其特征在于，所述核壳结构为粗晶片层包裹超细晶片层构成，其中，所述粗晶片层为粗晶α-Ti片层，所述超细晶片层为(α-Ti+β-Ti+δ-TiH)片层。

2.如权利要求1所述的多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料，其特征在于，所述粗晶片层的厚度为1～2μm，所述超细晶片层的厚度为50～250nm，所述核壳结构的单元体的平均尺寸为10μm。

3.一种如权利要求1～2任一项所述的多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、将氢化钛原料与中间合金原料放入装有磨球的球磨罐中，先通过低能球磨将所述原料混合均匀，再通过高能球磨得到纳米晶混合粉末；

步骤2、将所述球磨罐放入操作箱中后，将所述步骤1得到的所述纳米晶混合粉末取出并通过模压制成生坯；

步骤3、对所述步骤2得到的所述生坯进行加热升温，脱除所述生坯中的氢；

步骤4、将加热后的所述生坯移入预热的挤压模具中，进行热挤压，得到钛合金棒材；

步骤5、将所述步骤4得到的所述钛合金棒材冷却至室温，获得多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料。

4.如权利要求3所述的多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的全流程均在与大气隔离的密闭系统内进行，即所述步骤1中的所述球磨罐与所述步骤2中的所述操作箱均可通过抽真空、通氩气方式，使氧含量始终低于200ppm。

5.如权利要求3所述的多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的所述氢化钛原料包括氢化钛粉末或颗粒，所述中间合金原料为能够与钛进行合金化反应生成所需成分的钛合金的中间合金颗粒或者粉末。

6.如权利要求3所述的多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的所述低能球磨和所述高能球磨可采用行星式球磨机、搅拌式球磨机或滚筒式球磨机进行；其中，所述低能球磨的工艺参数为：所述磨球与所述原料的质量比为1:1～50:1，球磨转速为50～300rpm，球磨时间为0.5～12小时；所述高能球磨的工艺参数为：所述磨球与所述原料的质量比为1:1～50:1，球磨转速为400～500rpm，球磨时间为1～12小时。

7.如权利要求3所述的多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的所述模压的参数为：施加压强为500～1500MPa，保压时间为1～10分钟。

8.如权利要求3所述的多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的所述加热升温可通过感应加热或微波加热实现；所述加热升温的温度范围为1000～1200℃，升温速率为50～200℃/分钟，保温时间为2～10分钟。

9.如权利要求3所述的多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的所述热挤压的参数设置为：预热温度为400～500℃，压强为800～1500MPa，挤压比为5:1～50:1。

10.如权利要求3所述的多晶粒尺度核壳结构钛合金块体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5中的所述冷却可采用空冷、油淬或水淬的方式进行。