[发明专利]一种三元微纳颗粒复合增强耐热钛基复合材料及其制备方法

说明书

一种三元微纳颗粒复合增强耐热钛基复合材料及其制备方法，它涉及颗粒增强钛基复合材料领域，本发明的目的是为了解决轻质耐热钛合金的高温强度差的问题，本发明提出一种通过原位自生方式形成微米级别TiB和TiC陶瓷颗粒和外加纳米Y₂O₃氧化物相结合的三元微纳颗粒复合增强的方式，制备新型颗粒增强耐热钛基复合材料。经过锻造变形和热处理后，所得三元微纳颗粒复合增强耐热钛基复合材料具有良好的高温性能。本发明应用于航空航天领域。

技术领域

本发明属于颗粒增强钛基复合材料领域，具体涉及一种三元微纳颗粒复合增强耐热钛基复合材料及其制备方法。

背景技术

轻质耐热钛合金结构件在航空航天上有着重要的应用，特别以600℃高温钛合金的研制最具代表性。从英国的IMI834、俄罗斯BT18y，到美国Ti1100，都在航空压气机叶盘、叶片上有着应用；而航天上，高温钛合金作为防热材料也具有广泛的应用背景，在NASA的亚轨道单级入轨火箭运载器X-33的机身背面大面积防热系统材料则采用Ti1100合金，此外，英国HOTOL和德国Sanger空天飞机都采用高温钛合金作为其机身结构材料。但是，随着高马赫数超音速飞行器的发展，传统上述600℃高温钛合金并不能满足新一代轻质耐热钛合金的设计需求。

颗粒增强钛基复合材料的高温强度、蠕变抗性、比刚度、抗冲击性、疲劳性能等都比单一材料性能有所提高，特别适合这种航空航天极端苛刻的工作环境，具有突破现有高温钛合金使用温度的潜力。原位自生颗粒增强钛基复合材料，具有成本低，简单易行，能够制备大型复杂结构件而备受青睐。在高温钛合金基础上添加陶瓷颗粒，通过原位自生的方式，可进一步提高其使用温度。TiB和TiC熔点高，不和基体合金发生反应，界面结合稳定，同时与基体具有相近的密度、泊松比和热膨胀系数等优点，被认为是最合适的增强相。而稀土氧化物熔点高，在高温下仍具有良好的稳定性，可提高钛基复合材料高温瞬时拉伸强度和蠕变抗性的作用，也是较理想的增强相。通过这种多元复合添加方式，可以发挥协同作用，进一步提高颗粒增强耐热钛基复合材料的高温性能，使其能够在700-750 ℃温度区间服役。但是如何将二者与钛合金结合，制备高温钛合金，并没有相关的报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决轻质耐热钛合金的高温强度差的问题，而提供一种三元微纳颗粒复合增强耐热钛基复合材料及其制备方法。

本发明的一种三元微纳颗粒复合增强耐热钛基复合材料，所述的复合材料按质量百分比由Al：5.0%-7.0%；Sn：3.0%-50%；Zr：6.0%-8.0%；Mo：0.4%-1.2%；Nb：0.5%-1.5%；W：0.5%-1.5%；Si：0.1%-0.4%；B：0.1%-0.4%；C：0.2%-0.6%；Y：0.2%-0.6%，其余为Ti及杂质制成；所述的耐热钛基复合材料中B以TiB晶须存在，C以固溶态和TiC陶瓷颗粒形式存在，Y以微米级别和纳米级别两种形式的Y₂O₃颗粒存在。

进一步地，所述的TiB晶须和TiC陶瓷颗粒为微米级别。

进一步地，所述的复合材料按质量百分比由Al：5.0%-7.0%；Sn：1.0%-5.0%；Zr：6.0%-8.0%；Mo：0.4%-1.2%；Nb：0.5%-1.5%；W：0.5%-1.5%；Si：0.1%-0.4%；B：0.2%-0.3%；C：0.4%-0.5%；Y：0.3%-0.5%，其余为Ti及杂质制成。

进一步地，所述的复合材料按质量百分比由Al：5.0%-7.0%；Sn：2.0%-4.0%；Zr：6.0%-8.0%；Mo：0.4%-1.0%；Nb：0.5%-1.0%；W：0.5%-1.0%；Si：0.2%-0.4%；B：0.2%-0.3%；C：0.4%-0.5%；Y：0.3%-0.5%，其余为Ti及杂质制成。