[发明专利]高强高塑钛基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强高塑钛基复合材料及其制备方法，该制备方法包括：利用高温旋转球磨处理工艺制备高氧氢化脱氢钛粉，且使制备的氢化脱氢钛粉的粒度为10～40μm，氧含量为0.8～1.5wt.％；利用湿磨法高能振动球磨处理工艺制备高纯超细氧吸附剂粉末；氧吸附剂粉末的纯度≥99.9％，粒度≤8μm；在保护气氛下，将高氧氢化脱氢钛粉与氧吸附剂粉末进行混料处理，然后将混料处理后的粉末压制成形，得到生料坯；将生料坯进行气氛保护烧结处理，得到钛基复合材料。该方法制得原位自生多尺度Ca‑Ti‑O、TiC、TiB颗粒增强钛基复合材料，有效细化组织晶粒，显著提高材料的强度和塑性。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种高强高塑钛基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代制造业的发展，金属基复合材料已成为支撑尖端科技发展不可或缺的新型材料。作为金属基复合材料大家庭中的“贵族成员”，钛基复合材料因为其潜在的高强、高韧及耐热特性，在具有国家重大战略意义的航空航天、武器装备等高技术行业中倍受青睐。在众多钛基复合材料制备工艺中，粉末冶金原位自生技术在材料的结构功能优化设计、性能调控方面具出独特优势，满足高端产品对材料多样化、轻量化和快速研制的需求，有效实现高性能钛基复合材料的近终形制备。

间隙氧是粉末钛制件重要的杂质和合金元素，极大地影响着材料组织结构和力学性能。而传统制备工艺很难同时获得制备成本低且强度及塑性较强的钛基复合材料。

综上，为了实现低成本氢化脱氢(HDH)钛粉应用于高强高塑钛基复合材料的近终形制备，开发一种高氧HDH钛粉、高纯超细CaC₂/CaB₆粉末及其高强高塑钛基复合材料的制备方法，能够保持HDH钛粉低成本优势的同时，大幅度提高钛制件的力学性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高强高塑钛基复合材料及其制备方法，该高强高塑钛基复合材料制备方法以低成本HDH钛粉为原料，首先采用高温旋转球磨方法制备高氧HDH钛粉，再利用湿磨法高能振动球磨制备高纯超细CaC₂/CaB₆粉末，随后采用粉末冶金成形烧结工艺，制备得到原位自生多尺度Ca-Ti-O、TiC、TiB颗粒增强钛基复合材料，有效细化组织晶粒，显著提高材料的强度和塑性，以解决现有技术中高强高塑钛基复合材料的制备成本高的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种高强高塑钛基复合材料的制备方法。

该高强高塑钛基复合材料的制备方法包括以下步骤：

S1，利用高温旋转球磨处理工艺制备高氧氢化脱氢钛粉，且使制备的所述氢化脱氢钛粉的粒度为10～40μm，氧含量为0.8～1.5wt.％；

S2，利用湿磨法高能振动球磨处理工艺制备高纯超细氧吸附剂粉末；所述氧吸附剂粉末的纯度≥99.9％，粒度≤8μm；所述氧吸附剂选自CaC₂、CaB₆中的至少一种；

S3，制备生料坯：在保护气氛下，将所述高氧氢化脱氢钛粉与所述高纯超细CaC₂/CaB₆粉末进行混料处理，然后将混料处理后的粉末压制成形，得到生料坯；

S4，烧结：将步骤S3中得到的所述生料坯进行气氛保护烧结处理，得到钛基复合材料。

进一步的，步骤S1中，所述高温旋转球磨处理工艺包括：

S1-1：将所述氢化脱氢钛粉和磨球放入保护气氛炉内；

S1-2：在所述保护气氛炉内对所述氢化脱氢钛粉进行高温旋转球磨处理；其中，该步旋转球磨的转速为10～60r/min

S1-3：将经过步骤S1-2处理后的氢化脱氢钛粉冷却至室温，经筛分后得到高氧氢化脱氢钛粉。