[发明专利]一种SPS制备的Ti-18Mo-xSi合金材料及其制备方法

说明书

一种SPS制备的Ti‑18Mo‑xSi合金材料及其制备方法，涉及钛合金制备领域，该制备方法为首先，将Ti粉、Mo粉和Si粉末混合均匀后进行高能球磨，使其部分合金化，再将球磨所得的粉料过筛，干燥，然后将混合粉末倒入的石墨模具中，在DR.SINTER型SPS‑3.20设备中进行放电等离子烧结，使得Ti、Mo和Si粉末进一步合金化。本发明提供的Ti‑18Mo‑xSi合金材料成分均匀和抗氧化性等均有一定程度的提高，在航空航天、军事工业、航海、汽车等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种钛合金制备领域，尤其是一种高能球磨-放电等离子烧结制备Ti-18Mo-xSi合金材料制备领域。

背景技术

钛合金具有比强度高、塑性好、耐腐蚀、生物相容性好等优点，在航空航天、航海、生物医学、汽车等领域有着广泛的应用。然而，钛合金在高温环境下钛合金的抗氧化性能较差，限制了其更广泛的应用。比如，商业中广泛使用的Ti6Al4V合金高温抗氧化性能相当差，传统钛基合金制作的压缩机叶片的工作温度最高在550℃左右。由此可见高温抗氧化性能是钛合金更广泛应用亟需解决的问题。

目前，很多国内外学者对钛合金的抗氧化性能进行了大量的研究，通过在钛合金表面制备涂层、添加合金化元素等方法对现有的钛合金进行改造，以期提高其抗氧化性能。戴景杰等人研究Nb涂层对钛合金表面抗氧化性能的影响，结果表明Nb涂层使钛合金表面形成致密的氧化膜，有效阻止了氧进一步的扩散。然而随着氧化时间的增加，表面Nb涂层容易剥落而失效，使得钛合金抗氧化性能急剧降低，同时过量的Nb涂层反而会降低钛合金的力学性能，并提高钛合金的密度，从而限制其更广泛的应用。Si作为一种非常重要的合金元素，在氧化过程中可以生成表面氧化层中的二氧化硅，阻碍氧扩散到合金内部，从而使Ti-Si合金具有优异的抗氧化性能。同时，与其他金属间化合物相比，过渡金属硅化物(如密度较低的Ti₅Si₃和氧化性能最好的MoSi₂)熔点高，密度适中，在高温下具有优异的力学性能。Ti-Mo-Si金属间化合物具有Ti-Si和Mo-Si的优点，并且Ti和Mo之间的合金化改善了Ti-Mo-Si合金的室温断裂韧性和高温强度。KIM等人采用等离子热喷涂工艺在Ti-Mo合金的表面涂Si来研究其抗氧化性能，结果表明激光表面熔化工艺能提高Si喷涂合金的抗氧化性能，同时，随后的工艺中形成了钼硅化合物(主要成分为MoSi₂)，其抗氧化性能得到进一步改善。但是传统的真空烧结工艺所获得的钛合金质量不高，存在较多的孔洞，裂纹等缺陷，而放电等离子烧结具有升降温速度快、烧结时间短、烧结温度低、致密度高等优点，可以有效改善传统真空烧结导致的成分偏析和组织不均匀等问题。其中，放电等离子烧结(Spark PlasmaSintering，简称SPS)

发明内容

本发明的目的是针对现有的钛合金整体性能不高的问题，发明一种采用“高能球磨-放电等离子烧结”工艺制备的Ti-18Mo-xSi合金材料。该方法操作简单，成本低廉，获得的钛合金材料中钛硅和钼硅金属间化合物含量较高，综合性能较好。

本发明的技术方案之一是：

一种高能球磨-放电等离子烧结制备的Ti-18Mo-xSi合金材料，由Ti粉、Mo粉和Si粉末放电等离子烧结制备而成；Ti-18Mo-xSi混合粉末的组分是以质量百分比计算，其中，Ti粉：(82-x)wt.％，Mo粉：18wt.％，Si粉：xwt.％，x的取值范围为0、0.5、1和2，基体的质量百分比之和为100％。

本发明的技术方案之二是：

一种权利要求1所述的高能球磨-放电等离子烧结制备的Ti-18Mo-xSi合金材料的制备方法，通过以下步骤制备：

高能球磨混粉：先按成份配制Ti-18Mo-xSi混合粉末，放入球磨罐，置于球磨机内以一定球磨参数球磨，使得Ti、Mo和Si粉末三种粉末部分合金化，将球磨后所得混合粉末过300目筛，置于真空干燥箱内烘干。