[发明专利]一种稀土金属间化合物颗粒增强的钛基复合材料

说明书

本发明提出了一种以钇铝金属间化合物作为增强颗粒的钛基复合材料，颗粒粒径为0.1～5μm，其增强相体积占总体积10～50％，余量为基体合金。作为一种钇铝金属间化合物颗粒增强的钛基复合材料，本发明具有以下优势：采用Al₂Y颗粒增强的钛基复合材料较陶瓷增强的钛基复合材料具有更好的综合力学性能；Y元素的扩散可提高基体合金的高温抗氧化能力；Al₂Y的密度较其他稀土金属间化合物偏低，且低于基体合金的密度，有利于开发一种低密度高强度的钛基复合材料。

技术领域

本发明涉及钛基复合材料领域，特别提供了一种利用钇铝金属间化合物颗粒增强的钛基复合材料。

背景技术

颗粒增强的钛基复合材料具有高的比强度、比模量、耐磨性、耐蚀性和抗蠕变性能，在航空航天、医疗器械和运动器材等领域具有广阔的应用前景。

目前，钛基复合材料中常用的增强体颗粒主要为氧化物、碳化物、氮化物等陶瓷材料，其特点是高硬度、高弹性模量、强耐磨性。与上述陶瓷材料相比，金属间化合物由于具有金属特性，当其作为增强体颗粒添加至基体合金时，金属间化合物与基体可发生一定程度的元素扩散，一方面相互扩散可使得金属间化合物增强体与基体合金形成良好的界面结合；另一方面，由于Y元素能够降低Ti的化学活性，抑制金属阳离子Ti⁴⁺向外扩散，相对促进内层的Al³⁺向外扩散和O^2-向内扩散，在氧化物的外表面形成相对较为致密的Al₂O₃保护膜，可以减小基体合金的氧化速度。因此Al₂Y金属间化合物作为增强体颗粒时，比陶瓷增强的钛基复合材料具有相对较好的塑性、断裂韧性，同时能够提高基体材料的高温抗氧化性能。此外，Al₂Y的密度较其他稀土金属间化合物(Al₂Ce、Al₂La)明显偏低，略高于部分常用陶瓷增强材料(SiC、Si₃N₄)，与Al₂O₃密度相近。对基体合金而言，Al₂Y的密度低于钛合金。因此，利用Al₂Y金属间化合物作为增强体制备颗粒增强的钛基复合材料具有特有的优势。

增强体材料的主要性能表

发明内容

本发明目的在于提供一种新型Al₂Y金属间化合物颗粒增强的钛基复合材料，以便更有效地满足航空航天、医疗器械等领域对钛基复合材料的需求。本发明所制备的钛基复合材料与陶瓷颗粒增强的钛基复合材料相比，具有相对较好的综合力学性能，同时由于Y元素的存在能够提高基体合金的高温抗氧化能力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：所述的颗粒增强体为Al₂Y金属间化合物，其占总体积百分比为10～50％，余量为基体合金；所述的Al₂Y增强体颗粒粒径为0.1～5μm，其熔点高于1400℃、模量高于150GPa；所述的金属基体是钛合金。

本发明具有以下优点：一、与陶瓷增强的钛基复合材料相比，由于金属间化合物具有金属特性，能够与基体实现良好的界面结合，从而使得金属间化合物颗粒增强的钛基复合材料相较于陶瓷增强的钛基复合材料具有更好的综合力学性能。二、Al₂Y金属间化合物添加后，由于Y元素的扩散，可以提高合金基体的高温抗氧化性能。三、Al₂Y的密度较其他稀土金属间化合物(Al₂Ce、Al₂La)明显偏低，且低于基体材料钛合金的密度，这有利于开发一种低密度高强度的钛基复合材料。

附图说明

附图为Al-Y二元合金相图。

具体实施方式