[发明专利]一种耐磨钛合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐磨钛合金复合材料及其制备方法，本发明方法首先将不规则的钛合金粉末与高强度碳化硼陶瓷颗粒按一定配比一起加入混料机中进行混合从而使尺寸更小的碳化硼颗粒在粉末钛中分布均匀且部分吸附在钛合金基体材料粉末的表面，然后将混合均匀的混合粉末置入模具中进行简单的模压成形制成生坯，最后对生坯进行一个致密化烧结，即可获得本发明耐磨钛合金复合材料。所制备的耐磨钛合金复合材料内部有新的增强相生成，这些高硬度的增强相使钛合金硬度得到提高且在摩擦过程中通过承担部分载荷来提高材料耐磨性。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，特别涉及一种耐磨钛合金复合材料，且还涉及所述耐磨钛合金复合材料的制备方法。

背景技术

金属基复合材料(metal matrix composites),简称MMCs，是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合而成的复合材料，其中增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等,也可以用金属丝。它与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料一起构成现代复合材料体系。金属基复合材料极大地改善单一金属材料或者合金材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、冲击韧性、耐磨损性、电性能、磁性能等诸多性能，具备抗疲劳、耐磨、高导热、低热膨胀以及辐射屏蔽等优点，已成为航空航天、电子封装、核电、汽车、轨道交通等国家重大需求和国民经济装备制备所需的关键材料，其用量也是材料科技水平的标志之一。

钛及钛合金的发展已有60多年的历史，是世界各国大力发展的轻金属材料。具体地，钛及钛合金属于轻质高强材料，其密度(4507kg/m³)仅次于镁合金(1738kg/m³)与铝合金(2700kg/m³)，低于钢铁(7874kg/m³)、铜合金(8920kg/m³)、钨合金(19250kg/m³)等材料，相同尺寸的零部件其质量更小，且其强度高于镁合金和铝合金。同时，钛及钛合金的硬度、韧性高于镁合金和铝合金，且热膨胀系数低，其远低于钢铁、铜合金、铝合金等材料，制备成的零部件尺寸精度高，较大的温差下其尺寸的变化量小。另外钛及钛合金无磁性，疲劳性能和抗辐照能力较强。因此，钛及钛合金综合性能优异，在航空、航天、航海、化工、冶金、生物医疗以及先进工程材料方面有着突出的竞争力。

然而，钛及钛合金耐磨性差，硬度低且生产成本超高，这些缺陷也严重影响了其在工程中的应用，如何改善这些缺陷成为研究者的重要关注方向之一。

发明内容

为解决上述问题，本发明对现有材料进行大量的研究和筛选，其中陶瓷材料种类繁多且大多具备成本低、耐热、抗老化、以及良好的机械强度和硬度的优点，将陶瓷和钛或钛合金复合而成的新材料，不但可以利用钛或钛合金的金属特性来扩大陶瓷材料的使用范围外，还能够利用陶瓷的高温特能和生物活性来提高钛或钛合金的使用效率。基于此，本发明提供一种耐磨钛合金复合材料及其制备方法，该方法首先将不规则的钛合金粉末与高强度碳化硼陶瓷颗粒按一定配比一起加入混料机中进行混合从而使尺寸更小的碳化硼颗粒在粉末钛中分布均匀且部分吸附在钛合金基体材料粉末的表面，然后将混合均匀的混合粉末置入模具中进行简单的模压成形制成生坯，最后对生坯进行一个致密化烧结，即可获得本发明耐磨钛合金复合材料。所制备的耐磨钛合金复合材料内部有新的增强相生成，这些高硬度的增强相使钛合金硬度得到提高且在摩擦过程中通过承担部分载荷来提高材料耐磨性。

在本发明的第一方面，本发明提供一种耐磨钛合金复合材料的制备方法，其依次包括以下步骤：

(S1)混料：称取质量为m₁的钛基粉末和质量为m₂的碳化硼颗粒并将其进行混合均匀，获得复合材料粉末，其中碳化硼颗粒的质量m₂占所述复合材料粉末的总质量(m₁+m₂) 的百分比为1-2％；

(S2)模压：将步骤(S1)获得的复合材料粉末在1.5-2.0GPa的压力下进行模压成型，获得生坯；