[发明专利]一种梯度纳米结构钛合金及其制备方法

说明书

本发明属于钛合金生产领域，尤其是一种梯度纳米结构钛合金及其生产方法，其中一种梯度纳米结构钛合金，包括合金A和合金B，所述合金A包括碳纤维复合材料、不锈钢粉末、铝合金粉末、铌、硅、锰、镍、铜、锌、锆、铬、铁、镁、钠和钇以及钛；所述合金B包括镁粉、铝粉、钼铁粉、硅藻土粉、碳化钨粉、刚玉粉、硬石柱粉、镉粉、锌粉、钴粉、硅粉、纳米粒子、二氧化锗和油酸以及钛粉。本发明钛合金强度高，断裂应变低，强韧性匹配能力强，消震性好，承受冲击载荷能力强，耐腐蚀性能强，该钛合金通过改变微结构，在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构，避免由于特征长度突变带来的性能突变，有效克服金属材料强度和韧性的失配问题。

技术领域

本发明涉及钛合金生产技术领域，尤其涉及一种梯度纳米结构钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用钛合金主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门，目前常用的船用钛合金的强度大都低于1000MPa，且高强度和高韧性很难兼得。例如美国的Ti5111钛合金，其抗拉强度为800MPa，V形冲击韧性为50～80J/cm2，动态撕裂能为350～600J，具有良好的韧性，但是强度偏低。国内代表性的船用钛合金有TC4ELI钛合金和Ti80钛合金，其中TC4ELI钛合金因具有高的强度优势而被广泛应用，但是在苛刻的应用环境下，例如在强烈震动的情况下，其断裂韧性和抗应力腐蚀开裂以及焊接性能不能很好地满足要求；Ti80钛合金综合性能优异，但其加工性能较差，热加工过程易开裂；钛合金强度低，断裂应变高，强韧性匹配能力差，消震性差，承受冲击载荷能力弱，耐腐蚀性能差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种梯度纳米结构钛合金及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种梯度纳米结构钛合金，包括合金A和合金B，所述合金A包括碳纤维复合材料、不锈钢粉末、铝合金粉末、铌、硅、锰、镍、铜、锌、锆、铬、铁、镁、钠和钇以及钛；所述合金B包括镁粉、铝粉、钼铁粉、硅藻土粉、碳化钨粉、刚玉粉、硬石柱粉、镉粉、锌粉、钴粉、硅粉、纳米粒子、二氧化锗和油酸以及钛粉。

优选的，所述合金A包括碳纤维复合材料10-15份、不锈钢粉末6-11份、铝合金粉末4-7份、铌4-7份、硅3-5份、锰4-6份、镍5-10份、铜4-8份、锌4-7份、锆3-5份、铬2-5份、铁8-12份、镁3-6份、钠3-6份，钇2-8份，钛15-30份。

优选的，所述合金B包括镁粉2-3份、铝粉3-5份、钼铁粉1-3份、硅藻土粉4-7份、碳化钨粉5-8份、刚玉粉3-6份、硬石柱粉4-6份、镉粉3-5份、锌粉2-4份、钴粉2-4份、硅粉6-7份、纳米粒子10-12份、二氧化锗5-8份,油酸3-7份,钛粉4-8份。

一种梯度纳米结构钛合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：合金A的制备，将碳纤维复合材料、不锈钢粉末和铝合金粉末放入研磨机进行研磨，然后再放入到搅拌机进行搅拌20-30分钟；再依次放入铌、硅、锰、镍、铜、锌、锆、铬、铁、镁、钠和钇以及钛，搅拌30-50分钟，得到混合物A；

步骤二：合金B的制备，将镁粉、铝粉、钼铁粉、硅藻土粉、碳化钨粉、刚玉粉、硬石柱粉、镉粉、锌粉、钴粉、硅粉、碳化钨粉、二氧化锗和钛粉放入研磨机进行研磨，然后再通过筛网进行筛选，然后再放入到搅拌机进行搅拌10-20分钟，然后再投入纳米粒子和油酸搅拌30分钟，得到混合物B；

步骤三：将混合物A和混合物B投放入燃煤炉内，进行加热熔化，然后将熔化的合金液用金属泵导入电炉坩埚中，进行精炼和合金化处理，得到合金。