[发明专利]一种氧化石墨烯增强钛合金及其制备方法

说明书

本发明属于钛合金领域，公开了一种氧化石墨烯增强钛合金及其制备方法，所述氧化石墨烯增强钛合金，以重量百分比计，包括镁：0.10％～0.30％；氧化石墨烯：0.45％～0.50％；其余为钛和不可避免的杂质。所述制备方法包括：选取镁、氧化石墨烯以及钛进行熔炼，得到铸坯，将铸坯进行退火处理，退火温度为910～960℃，将退火后的铸坯锻造成棒材，锻造温度为800～960℃，将棒材进行时效处理，时效处理温度为700～800℃，保温时间为1～2h。充分利用了Mg元素的固溶强化作用及其同时对α相和β相的中性稳定作用，工艺简单，加工性能好，制备出的氧化石墨烯增强钛合金在具有高强度的同时，不降低、甚至是提高合金的延性，使钛合金材料同时具有优异的强度和塑性，可以加工尺寸较大的成品。

技术领域

本发明属于钛合金领域，涉及一种氧化石墨烯增强钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金通常与铝、镁合金等被称为轻质合金，密度较小约为4.5g/cm³，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、无磁、生物相容等优异的综合性能，而被广泛用于航空、航天、舰船、兵器、石油、化工、医疗等各个领域。

目前，普遍使用的钛合金材料多采用V、Zr、Pd、Ru等贵金属元素高合金化设计，成本高，工艺复杂，加工难度大，成材率低。氧化石墨烯是继石墨烯之后，又一种具有超高比表面积的二维碳结构，其弹性模量可达约1.2TP，断裂强度约129GPa。研究发现添加石墨烯可提高金属基复合材料的力学性能，如抗拉强度和耐磨性。氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，与石墨烯添加相比的优势在于，在与钛基金属材料复合过程中，可以提供更大的比表面积，有效分散并防止由团聚导致的力学性能恶化。

专利CN105838921A公开了“一种低含量少层石墨烯增强的钛基复合材料及制备方法”，其所述复合材料的质量为100％计，其组成成分及各组分的质量分数为：少量石墨烯粉末0.025％～0.400％及钛粉99.600％～99.975％。虽提及在纯钛中添加一定量的石墨烯可将其抗拉强度提升至900MPa水平，但其制备需经过球磨混粉、预压成型、最终热轧等复杂制备工艺流程。此外，其最终成品尺寸受限，为小尺寸板材，无法满足大尺寸规格应用的技术需求，如石油工业用钛合金管材通常为9～10m长，60～150mm直径的大尺寸规格。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中现有钛合金制备流程复杂，抗拉强度低且塑性变形能力差的缺点，提供一种氧化石墨烯增强钛合金及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明第一方面，一种氧化石墨烯增强钛合金，以重量百分比计，包括镁：0.10％～0.30％；氧化石墨烯：0.45％～0.50％；其余为钛和不可避免的杂质。

本发明第二方面，一种氧化石墨烯增强钛合金的制备方法，包括以下步骤：

S1：选取镁、氧化石墨烯以及钛进行熔炼，得到铸坯；其中，以重量百分比计，镁：0.10％～0.30％；氧化石墨烯：0.45％～0.50％；

S2：将铸坯进行退火处理，退火温度为910～960℃；

S3：将退火后的铸坯锻造成棒材，锻造温度为800～960℃；

S4：将棒材进行时效处理，时效处理温度为700～800℃，保温时间为1～2h。

本发明氧化石墨烯增强钛合金的制备方法进一步的改进在于：

所述选取镁、氧化石墨烯以及钛进行熔炼时，采用真空悬浮熔铸法进行熔炼。

真空悬浮熔铸法进行熔炼时，炉内的真空度≤10^-2Pa，炉温为1600℃。

所述S1还包括：在铸坯冷却后将铸坯进行扒皮，除去铸坯表面的氧化层(。