[发明专利]一种用于制备块状钛基复合材料的方法

摘要

本发明涉及一种用于制备块状钛基复合材料的方法，包括如下步骤1)钛矿石粉碎成为块状；2)一号反应箱内通过还原法制备块状多孔钛；3)多孔钛在二号反应箱内置于浸泡液中进行表面络合反应，增加了其孔洞表面活性；4)利用负压法二号反应箱内向多孔钛注入液态合金；5)三号反应箱内进行等离子辉光处理，形成冶金结合的钛基复合材料；6)钛基复合材料加工整形成产品。本发明的制备方法具有操作方便、性能可靠，综合成本低、能够满足使用要求、能够加工制造成各种合金零件，综合使用性能好，并提高其使用寿命等优点。

主权项

一种用于制备块状钛基复合材料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)利用金属热还原法制备块状多孔海绵状的金属钛，其中，该方法采用钛铁矿和金属镁在第一反应箱中，其中第一反应箱为不锈钢罐，将钛铁矿石破碎成小块置入不锈钢罐，不锈钢罐抽真空后充入纯氩，然后进行加热，加热时升温速率为8‑10℃/min，升温至880℃‑950℃，在880℃‑950℃下的纯氩气氛中，钛铁矿中的四氯化钛与金属镁进行反应得到海绵状的金属钛和氯化镁，用真空蒸馏除去海绵钛中的氯化镁和过量的镁，从而获得多孔钛；另外，蒸馏冷凝物经熔化回收金属镁，氯化镁经熔盐电解回收镁和氯气；2)将上述步骤1)中制得的金属钛放置于第二反应箱中的含络合剂的浸泡液中发生络合反应，其中第二反应箱为不锈钢罐，络合剂为氰化物、氢氧化物、柠檬酸盐、焦磷酸盐、硫代硫酸盐、亚硫酸盐中的任一种，控制第二反应箱的气体压力范围为0.03‑0.05MPa,采用分级加负压,每个分级时的压力变化量为‑0.01‑‑0.02MPa,温度控制在100℃‑300℃范围内，控制反应时间为1‑2h，使得多孔金属钛表面的活性达到可与熔点更低的铜基合金或者锌基合金或者Bi‑Sn合金形成冶金结合；3)将第二反应箱中的浸泡液取出，然后加入液态Cu‑Zn‑Sn‑Pb合金，Zn‑Al合金或者Bi‑Sn合金，其中，当加入液态Cu‑Zn‑Sn‑Pb合金时，合金液的温度范围为900℃‑1000℃；当加入液态Zn‑Al合金时，合金液的温度范围为400℃‑500℃；当加入液态Bi‑Sn合金时，合金液的温度范围为150℃‑250℃，同样采用分级加负压法，控制气体压力范围为0.03‑0.05MPa,每个分级时的压力变化量为‑0.01‑‑0.02MPa,此时在第二反应箱中，熔融状的合金液进入金属钛的孔洞，在钛表面形成冶金结合，成为块状钛基复合材料；4)将上述步骤3)中获得的具有表面高活性的块状钛基复合材料降至室温后取出，降温速率为20‑50℃/h，并将其放置于第三反应箱内进行等离子热处理，第三反应箱为等离子辉光处理室，等离子辉光发生器功率为100‑200W，对应于加入液态合金为Cu‑Zn‑Sn‑Pb合金时，离子辉光处理室的温度范围和对应的加热时间分别为400℃‑600℃和4h；对应于加入液态合金为Zn‑Al合金合金时，离子辉光处理室的温度范围和对应的加热时间分别为250℃‑300℃和3h；对应于加入液态合金为Bi‑Sn合金时，离子辉光处理室的温度范围和对应的加热时间分别为150℃‑200℃和2h，使得块状钛基复合材料的金属钛内部孔洞与液态合金之间的界面充分发生反应，从而形成更好的冶金结合得到块状钛基多相复合材料；5)根据设计需要的尺寸，将经过上述步骤4)处理后得到的块状钛基多相复合材料放置在机床上进行加工整形，成为出厂产品。