[发明专利]一种多元增强高温钛基复合材料的制备方法

说明书

一种多元增强高温钛基复合材料的制备方法，本发明涉及多元增强高温钛基复合材料的制备方法领域。本发明要解决现有高温钛合金硅化物析出不均匀、容易发生长大导致高温性能恶化的问题。方法：将原料进行预处理，称量；压制合金块，二次加料块；预热；熔炼；热处理。本发明通过增强相TiB、TiC和Y₂O₃的均匀化，实现了硅化物的均匀分布，并且增强相能够抑制对硅化物长大，从而进一步提高合金的抗蠕变性能。本发明用于制备多元增强高温钛基复合材料。

技术领域

本发明涉及多元增强高温钛基复合材料的制备方法领域。

背景技术

钛基复合材料(TMCs)具有较高的比强度和抗高温性能，在航空、航天、汽车工业等领域具有广阔的应用前景。钛基复合材料通过增加增强相，能够显著增加抗拉强度。但是如果增强相和基体的结合效果较差，变形过程中增强相发生剥离或者脱粘，钛基复合材料的力学性能很容易发生恶化。因此，在增强相的选择上，增强相和基体的物理性质差异，特别是热膨胀系数之间的差异，是需要优先考虑的问题。TiB和TiC与钛基体具有相近的密度与热膨胀系数，且弹性模量及硬度高，热稳定性能优异，被视为是钛基复合材料的最佳增强相。Y₂O₃具有熔点高，高温热稳定性好的优点，可以有效提高材料的蠕变抗力，也是一种理想的增强相。研究表明，微量TiB、TiC和Y₂O₃的添加可以在固液界面前沿形成成分过冷，促进β-Ti形核和生长，显著细化晶粒，有利于提高材料的力学性能。因此，选用TiB、TiC和Y₂O₃作为增强相从成分设计上是可行的。

在高温钛基复合材料中，为了提高材料的蠕变抗力，通常会在基体成分中加入少量的Si。Si一般以固溶态存在，在长期的热暴露或时效过程中，经常会有大量的硅化物析出，这些硅化物对位错有强烈的钉扎作用，阻碍了位错的滑移和攀移，从而提高了合金的抗蠕变性能。然而，这些硅化物主要分布在α/β界面上，分布并不均匀，并且容易发生长大粗化，会严重影响材料的塑性。对于高温钛基复合材料，增强相的加入虽然会细化组织，提高材料的强度，但也会降低材料的塑性。如果不能控制好硅化物的析出行为，材料的塑性将会进一步恶化，不利于材料在高温环境下的长期使用。

目前的硅化物调控手段集中在热处理和热加工上，这些手段成本高，操作复杂，而且往往需要长时间的时效处理。高温钛基复合材料中，增强相能够显著阻碍位错，造成高密度位错区，促进硅化物的形核与析出。因此，通过调控增强相的添加量，利用硅化物和增强相的协同作用，可以改善硅化物的分布情况并限制硅化物的长大，是一种操作简便的控制硅化物形态与分布的方法。目前还没有通过控制增强相含量来控制硅化物特征的报导。

发明内容

本发明要解决现有高温钛合金硅化物析出不均匀、容易发生长大导致高温性能恶化的问题，而提供一种多元增强高温钛基复合材料的制备方法。

一种多元增强高温钛基复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行的：

一、将钛棒、高纯铝和高纯锡在酒精中进行超声清洗，吹干；

二、按照元素重量百分比：Al为5％～6％、Sn为2％～5％、Zr为2％～8％、Mo为0.6％～1.0％、W为≤1％、Nb为≤1％、Si为0.25％～0.45％和余量的Ti，称取海绵钛、海绵锆、高纯硅、铝钼中间合金、铝钨中间合金、铝铌中间合金、步骤一处理的钛棒、高纯铝和高纯锡；

按照增强相体积百分数：TiB为1％～2％和TiC为1％～2％，称取B₄C粉末和C粉；

三、将步骤二称取的海绵钛、高纯铝、海绵锆、高纯锡、高纯硅、铝钼中间合金、铝钨中间合金、铝铌中间合金和C粉压制成多个合金块；合金块由下至上依次为海绵钛、海绵锆、铝铌中间合金、C粉、铝钼中间合金、铝钨中间合金、高纯锡、高纯硅、高纯铝；其中C粉采用铝箔包裹；