[发明专利]一种增强钛基复合材料及其粉末冶金制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别是一种增强钛基复合材料及其粉末冶金制备方法。

背景技术

颗粒增强钛基复合材料是以高强度和高模量陶瓷颗粒或晶须为增强相，以钛或钛合金为基体而制备的一种材料，具有比钛合金更高的比强度和比模量，极佳的疲劳和蠕变性能，以及优异的耐高温性能和耐蚀性能，并克服了钛合金耐磨性及耐燃性差的缺点，已广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。与外加法比较，原位合成增强相具有工艺简单、增强相与基体润湿性好、界面无污染、材料性能优异等特点，在技术及经济上更为可行，成为高性能钛基复合材料的重要发展方向。就增强相的种类而言，TiB是钛基复合材料中最佳的增强体之一。同时为了降低钛元素的高活性引起的氧污染，还需要借助稀土元素脱氧增韧以改善钛基复合材料的韧性。

目前，制备颗粒增强钛基复合材料的方法主要有熔铸法和粉末冶金法两大类。熔铸法易产生缺陷，成分易于偏析和组织不均匀、生产效率低，并且增强相的含量受到限制。与熔铸法相比，粉末冶金具有能耗低、材料利用率高、微观组织细小、成分均匀可控、易实现近净成形等优点，是制造高性能、低成本钛基复合材料的理想技术。然而由于钛加工硬化速率高的特性，使用传统粉末冶金模压方法成形钛粉十分困难，所制备的压坯致密度通常低于85％，经常需要借助热压、热等静压或放电等离子烧结以及二次加工等昂贵的方法获得致密材料。

D.R.Ni等(Fabrication and tensile properties of in situ TiBw and TiCphybride-reinforced titanium matrix composites based on Ti-B₄C-C，《Materials Science and Engineering A》，2008，478：291-296.)通过混合Ti粉、B₄C和石墨粉-冷压成形-真空热压-挤压工艺路线制备TiB和TiC增强钛基复合材料。

日本Cermet Ti公司(discontinuously reinforced Ti-matrix composites，《Manufacturing，properties，and applications[J]》，JOM，2004，56(5)：37-41.)通过混合TiB₂粉、Ti粉及合金粉-冷等静压成形-真空烧结-热等静压或挤压或锻造的方法制备钛基复合材料。这些方法存在流程复杂、成本高等问题，限制了钛基复合材料在实际中的广泛应用。寻求高性能钛基复合材料的短流程、低成本制备技术成为钛基复合材料的研究热点。

高速压制技术是2001年出现的一种高效率、低成本制备高性能粉末冶金零件的新技术，兼具动态压制的高冲击能量和传统压制的高效平稳等共同特征，可实现冷态下(室温)粉末的高密度成形和连续化生产，具有成本低、压坯密度高且分布均匀、低弹性后效和高精度等特点。目前该技术成形Fe粉、Cu粉等延性粉末的效果显著优于传统成形方法，尤其在成形传统粉末冶金模压难成形的粉末(如钛粉)时体现出独特的成形优势，成形纯钛粉末的压坯致密度可达95％以上。然而目前国际上尚没有高速压制技术成形钛基混合粉末制备TiB和稀土氧化物增强钛基复合材料的报道。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出一种烧结致密度高、硬度和弯曲强度高的增强钛基复合材料。

本发明另一个目的是上述增强钛基复合材料的粉末冶金制备方法。

本发明所述的增强钛基复合材料由以下成分和质量百分组成：粒径为5～10μm的TiB₂ 1.0～11.0％，粒径为10～25μm的稀土六硼化物0.8～1.0％，钛粉75.0～85.0％，Al粉3.5～4.5％，Mo粉5.0～7.0％和Fe粉1.0～1.5％。

优选的成分和质量百分组成：TiB₂ 4.9％，稀土六硼化物0.9％，钛粉82.8％，Al粉4.0％，Mo粉6.1％和Fe粉1.3％。

所述稀土六硼化物为LaB₆或NdB₆。