[发明专利]一种仿生贝壳结构钛基复合材料的快速成形方法

说明书

本发明涉及一种仿生贝壳结构钛基复合材料的快速成形方法，主要以钛丝与渗硼钛丝为原料，利用双送丝机构，将渗硼钛丝与钛丝通过电子束熔丝沉积技术交替沉积。本发明提供一种仿生贝壳结构钛基复合材料的快速成形方法，可获得由网状结构与层状结构混合组成的仿贝壳结构的钛基复合材料，且具有较高的强韧性。而且该工艺适用性强，工艺流程短，大大拓宽钛基复合材料的制备与应用范围。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，具体涉及一种仿生贝壳结构钛基复合材料的快速成形方法。

背景技术

钛基复合材料(TMCs)不仅具有较高比强度、低密度等特性，而且由于增强相的加入，拥有更高的弹性模量、刚度和优异的耐磨性与抗高温蠕变等特性，已经成为新一代先进航空航天装备的关键候选材料。然而，高脆性增强相同时也造成材料韧性严重劣化，甚至会表现出极大的室温脆性，不能满足苛刻服役环境要求而成为制约其发展的瓶颈。研究表明贝壳不仅具有极高的强度还具有较好的韧性，主要与其内部层状、凸起及网状等微观结构相关，这些微结构的协同作用使得复合材料不易变形和断裂，达到提高材料强韧性的目的。

中国专利号ZL201210138430，公开了名称为层状钛基复合材料的制备方法的专利，采用热压烧结法制备出由网状结构Ti-TiB复合材料层与纯Ti层交替组成的贝壳状结构的复合材料，提高钛基复合材料塑性，材料的延伸率为16％～18％。中国专利号ZL201310498988，公开了名称为扩散焊接制备Ti-TiBw/Ti层状复合材料的方法的专利，采用扩散焊接法制备出类似结构的钛基复合材料，测试结果显示材料的断裂韧性得到较大提高。韩远飞等(Han YF,Duan H,Lu W,et al.Fabrication and characterization oflaminated Ti-(TiB+La₂O₃)/Ti composite[J].Progress in Natural Science:MaterialsInternational,2015,25(5):453-459.)以纯Ti粉和LaB6粉末为原料，利用粉末冶金法和热轧制法，原位自生成(TiB+La2O3)/Ti-Ti层状复合材料，延伸率较同样增强体及含量的钛基复合材料提高到了30％。然而需要指出的是由网状结构与层状结构混合组成的仿贝壳结构需要紧密的层间结合，热压烧结法与扩散连接法在一定程度上存在工艺局限性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的这些问题，提供一种仿生贝壳结构钛基复合材料的快速成形方法，可获得由网状结构与层状结构混合组成的仿贝壳结构的钛基复合材料，且具有较高的强韧性，为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种仿生贝壳结构钛基复合材料的快速成形方法，包括以下步骤：

1)装丝：选择钛丝与渗硼钛丝为原料，分别将钛丝与渗硼钛丝装入电子束熔丝成形设备的送丝机构中。

2)对丝：首先调整送丝机构，确保钛丝与渗硼钛丝相交；然后偏转电子束，使得电子束束斑与丝材交点重合，保证丝材准确送入熔池。

3)快速沉积：通过计算机编程，将渗硼钛丝与钛丝按照预定的路径交替沉积，直至沉积出仿生贝壳结构钛基复合材料。

所述的钛丝为纯钛、TC4等钛合金。

所述的渗硼钛丝内部硼含量0.5～1wt.％。

步骤3)中钛丝沉积工艺，具体工艺参数是：熔丝电流12～16mA，电压60kV，行进速度200mm/min，送丝速度2r/min，真空度优于5×10^-2Pa。

步骤3)中渗硼钛丝沉积工艺，具体工艺参数是：熔丝电流15～20mA，电压60kV，行进速度200mm/min，送丝速度2r/min，真空度优于5×10^-2Pa。