[发明专利]一种Ti-Y合金块体纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开的一种Ti‑Y合金块体纳米材料的制备方法，包括Ti‑Y合金的制备及高速压缩处理，解决了现有制备方法中钛合金组织的细化难、细化程度小的技术问题，同时降低了块体纳米制备技术的难度和成本，实现了在极端条件下钛钇合金纳米化制备的方法；本发明的Ti‑Y合金块体纳米材料的制备方法为块体纳米材料制备提供一条新途径，推动纳米化的工业化应用。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种Ti-Y合金块体纳米材料的制备方法。

背景技术

钛具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁、生物相容性等系列优良性能和独特功能而得到广泛应用。钛在航空航天、深海、国防等尖端高科技领域的应用水平，直接关系到一个国家或地区的经济水平、社会发展和战略地位。近年来，我国的大飞机计划、太空站计划、核电发展计划及高端装备发展计划的实施，对钛材的需求量迅速增加，尤其是钛板材，常用的钛板厚度1、2、5、8、10mm，主要用于飞机航空发动机等关键部件的制造，其中TA1和TA2纯钛也是海水淡化设备换热器的首选材料。但因钛的硬度低、耐磨性差、高温易氧化、导热性差等缺陷，限制了钛应用范围的进一步扩大。因此，细化钛及钛合金的组织是解决这些问题的有效方法之一。

稀土元素钇(Y)可作为非均匀形核核心来提高形核率，从而有效地细化钛合金铸态组织以提高合金综合力学性能，在涉及钛合金改性领域尤其是高温钛合金方面应用十分广泛。但是单一的微量元素合金化对钛组织的细化效果仍不明显，细化至纳米级更是难以实现。

研究结果表明，纳米材料具有许多不同于常规多晶材料的独特性能，如：高的硬度、强度，优异的摩擦、磨损性能和极强的化学扩散能力。然而，目前块体纳米材料作为结构材料的主体仍然缺乏有效的制备技术，制备出无孔洞、无污染、无其它缺陷的三维体纳米晶材料还存在很大的困难，并且制备技术复杂，成本高，难于实现工业应用。

因此，实现钛合金晶粒的极大细化，即纳米级的钛合金晶粒，从而大大改善其力学性能是目前急于解决的技术“瓶颈”。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ti-Y合金块体纳米材料的制备方法，解决了现有制备方法中钛合金组织的细化难、细化程度小的技术问题。

本发明所采用的技术方案是，

一种Ti-Y合金块体纳米材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、Ti-Y合金制备：

步骤1.1、将纯钛的TA2放置于熔炼炉中进行熔炼，再向熔炼炉中添加钇金属，进行2～3次的重熔后，在1000℃～1100℃下保温30min～50min，得到熔化后合金；

步骤1.2、对步骤1.1中得到的熔化后合金在锻压机中进行两镦两拔并修模，之后对修模后的合金置于熔炼炉中进行加热，在900℃～1000℃下保温30min～50min，得到方坯；

步骤1.3、对步骤1.2中得到的方坯依次进行热轧与冷轧后制得所需厚度的板材，在温度为600℃～700℃的真空下进行退火矫直，得到Ti-Y合金；

步骤2、高速压缩处理：

对步骤1.3中得到的Ti-Y合金进行清洗后，将其置于装有液氮的模具中，在压力试验机上进行压缩变形处理，最终获得Ti-Y合金块状纳米材料。

本发明的特点还在于：

步骤1.1中对TA2和添加钇金属之后的熔炼温度均为1600℃～1800℃，熔炼时间为30min～40min。

步骤1.1中添加的钇金属占TA2质量的0.1％～0.3％。

步骤2中对Ti-Y合金在超声波清洗机中使用丙酮进行清洗。