[发明专利]一种钛基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钛基复合材料及其制备方法，其中，一种钛基复合材料，包括基体和增强体，所述基体为钛合金，其特征在于：所述增强体为Ti₅Si₃和TiB，且所述增强体的体积分数为5vol.％～12vol.％，余量为基体。制备方法包括如下步骤：首先，将钛合金粉末与硅粉末和二硼化钛粉末球磨混合；其次，将混合粉末装入不锈钢包套，在包套内达到充实、紧密，经除气、抽真空、密封后，进行冷热复合旋锻致密化；第三，将旋锻后的棒材进行烧结；最后，加工去除包套得到钛基复合材料。本发明的优点：该钛基复合材料力学性能优良，制备过程氧含量可控，制备方法短流程，成本与能耗较低，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，具体涉及一种钛基复合材料及其制备方法。

背景技术

钛基复合材料(TMC)是在钛或钛合金基体中加入高模量、高强度、高硬度和良好高温性能增强体的一种复合材料，它把基体的高塑性与增强体的高强度、高模量结合起来，从而具有比钛合金更优异的性能。钛基复合材料按增强体形态主要分为连续纤维增强钛基复合材料和颗粒/短纤维增强钛基复合材料。颗粒/短纤维增强钛基复合材料因具有各向同性、制备工艺简单、成本较低等特点，得到研究者们广泛的关注。

基于原位自生技术的粉末冶金法，因基体与增强体相容性好、界面结合强度高、材料设计自由度高等优点，成为高性能钛基复合材料可控制备的重要方法。目前，应用的制备工艺途径主要有：1、球磨→复合粉末压制成坯(冷压、等静压或热压)→致密化烧结(热压烧结、放电等离子烧结、微波烧结)→成品。如中国发明专利《一种含钛-硅金属间化合物和碳化硅颗粒的钛基复合材料的制备方法》，其专利号为ZL201911399358.5，授权公告号为(CN111020291B)公开的制备方法包括：1)将Ti₃SiC₂粉末球磨，得到均匀的Ti₃SiC₂粉末；2)将钛合金粉末与均匀的Ti₃SiC₂粉末继续球磨均匀，得到混合粉末；3)将混合粉末烘干并筛分，得到干燥粉末；4)利用热压烧结系统将步骤3)所得的干燥粉末烧结成型，制得含Ti₅Si₃和TiC颗粒的钛基复合材料。对于途径①，复合粉末热压烧结后，烧结坯中仍有未弥合的小孔洞，材料致密度难以达到98％以上；另一制备工艺如②，球磨→混合粉末冷等静压成型→真空烧结→真空热处理→热加工成型(锻造、旋锻、挤压)→退火→成品。另外，对于球形钛粉，存在冷等静压不易成型的问题。对于途径②，存在制备过程流程长、设备条件要求苛刻、热加工过程易氧化等问题。

又如中国发明专利《一种TiB纳米增强钛基复合材料的制备方法》，其专利号为ZL201810684391.1，授权公告号为(CN108796265B)公开了一种TiB纳米增强钛基复合材料的制备方法，利用球磨、放电等离子烧结和热轧的方法制得钛基复合材料。通过球磨纳米TiB₂粉和钛粉，或纳米TiB₂粉和钛合金粉制备原始粉料；在较低烧结温度与高压下，控制TiB₂颗粒与周围钛或钛合金基体不发生原位反应前提下，制备高致密度的烧结块体；最后，通过热轧使烧结块体内TiB₂颗粒与周围钛或钛合金基体发生原位反应形成晶须，同时基体晶粒发生变形，提高所述复合材料强度与塑性。然而，该方法采用放电等离子烧结制备烧结块体，这种方法制备的烧结块体尺寸受限，难以用来制备大尺寸构件的坯料，应用范围比较局限；另外，制备流程较长、能耗较大、设备条件要求较高。并且采用上述方法制备出的钛基复合材料无法同时满足抗拉强度在1000MPa以上而延伸率在5％以上的强塑性要求。

因此，亟需对钛基复合材料的制备方法作进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种同时兼具高抗拉强度和延伸率的钛基复合材料。

本发明所要解决的第二个技术问题是，提供了一种氧含量可控、短流程、通用化程度高的钛基复合材料的制备方法。