[发明专利]一种强塑性匹配梯度钛合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种强塑性匹配梯度钛合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。将钢底座放置在静爆场地上，将清洁的钛合金放置在钢底座上，在钛合金的周向粘贴钢片，将压制好的高爆速炸药铺设在钛合金表面，起爆炸药对钛合金进行冲击处理，得到冲击处理后的钛合金；保护气体氛围下，对冲击处理后的钛合金进行热处理，热处理温度为200℃~500℃，保温时间为0.5h~1h；保温结束后，得到一种强塑性匹配的梯度钛合金。实现了强塑性匹配的梯度钛合金的制备，工艺性稳定、可控性好且制备效率高。

技术领域

本发明涉及一种强塑性匹配梯度钛合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

近年来，研究者们通过改变金属材料内部微观结构的组成、大小和分布的方法制备出兼具优良强度和延伸性能的新型纳米结构金属材料．其中，梯度纳米结构材料产生的优异性能受到广泛关注。梯度纳米结构是指材料的结构单元尺寸（如晶粒尺寸或层片厚度）在空间上呈梯度变化，从纳米尺度连续增加到宏观尺度。梯度纳米结构可以使具有不同特征尺寸的结构相互协调，同时表现出各特征尺寸所对应的多种作用机制，使材料的整体性能和使役行为得到优化和提高。

目前，制备强塑性匹配梯度金属材料的方法主要有表面研磨处理、喷丸强化、激光冲击强化、3D打印技术等。但是这些方法都存在一些问题。例如，材料梯度不能精确调控、工艺繁琐、设备成本高、工艺不稳定等，这些问题大大限制了强塑性匹配梯度硬化材料的发展。

钛合金材料由于其比强度高，抗腐蚀能力强，高温性能好，被广泛的运用在航空航天、船舶、兵器工业、生物医药等领域。但其存在强度较低，耐磨性能较差等缺点，亟待提升其力学性能。中国专利202110998042.9提供了一种梯度硬化钛合金的制备方法，通过爆炸冲击处理实现了钛合金表面的梯度硬化。由于金属材料的强度与塑性之间存在相互制约的关系，强度与塑性往往不可兼得。上述方法并未解决如何制备强塑性匹配梯度钛合金的技术问题，且上述方法中因“边界效应”导致的材料破坏问题有待进一步改善。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种强塑性匹配梯度钛合金及其制备方法。

一种强塑性匹配梯度钛合金的制备方法，方法步骤包括：

（1）将钢底座放置在静爆场地上，将清洁的钛合金放置在钢底座上，在钛合金的周向粘贴钢片，将压制好的高爆速炸药铺设在钛合金表面，起爆炸药对钛合金进行冲击处理，得到冲击处理后的钛合金；其中，所述高爆速炸药的爆速大于等于7000m/s；钢片的波阻抗大于钛合金；

（2）保护气体氛围下，对冲击处理后的钛合金进行热处理，热处理温度为200℃~500℃，保温时间为0.5h~1h；保温结束后，得到一种强塑性匹配的梯度钛合金。

优先的，爆炸冲击处理重复1次~3次再进行热处理，爆炸冲击处理+热处理反复重复1次~3次。

优选的，步骤（1）中，所述钛合金的上表面（起爆面）涂抹黄油。更优选的，黄油的涂抹厚度为0.5mm~1mm。

优选的，步骤（1）中，所述钢底座和钢片的材质为45#钢或不锈钢。

优选的，步骤（1）中，所述高爆速炸药为可铸粉状炸药、塑性板状炸药或橡胶板状炸药。更优选的，所述高爆速炸药为C4炸药。

优选的，步骤（1）中，所述钛合金的厚度、钢底座的厚度、钢片的厚度和炸药厚度的比值为10~50:5~10:10~15:3~5。

优选的，步骤（1）中，粘贴钢片时使用环氧树脂AB胶。

优选的，步骤（2）中，热处理时升温速率为5℃/min~20℃/min。

优选的，步骤（2）中，所述保护气体为氮气或惰性气体（元素周期表上所有0族元素对应的气体单质）。