[发明专利]一种高强度Ti6Al4V双相增强复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金复合材料的制备方法，特别是涉及以Ti6Al4V为基体以TiC、TiB₂为颗粒增强相的双相增强复合材料的制备方法。

背景技术

钛元素在地壳中的含量仅次于镁(Mg)、铁(Fe)、铝(Al)，在金属元素中排在第四位。钛 合金材料以其轻质、比强度高、中低温性能好、耐腐蚀等优良的性能而成为被受人们关注的 材料，现已被广泛应用于航空、航天领域和其他民用领域，如汽车、体育器材等。Ti6Al4V 以其优异的机械性能成为众多钛合金牌号中应用最广泛的一种钛合金材料，基于Ti6Al4V的 复合材料也成为倍受人们关注的焦点。TiB₂和TiC是最常见的两种颗粒增强剂，基于这两种 颗粒增强的Ti6Al4V材料也被广泛的研究，但研究对象均为单相增强材料，且采用不同的制 备工艺得到的复合材料性能差别比较大。从报道的结果看，通过TiB₂或TiC的加入，材料的 抗拉强度、弹性模量都有了很大程度的提高，但在常温抗拉强度在大于1200MPa的高强度钛 合金材料中，其断后伸长率都降到了3％以下，这在很大程度上限制了材料的应用。因而， 申请人在现有技术的基础上进行了大量的研究和实验，得到一种TiB₂和TiC双相复合的方法， 使增强后的复合材料在常温抗拉强度大于1200Mpa的同时，其断后伸长率也达到了4％以上， 解决现有技术中的一大难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术工艺容易实现、力学性能优良的以Ti6Al4V为基体以TiC 和TiB₂为颗粒增强相的双相增强复合材料的制备方法。

本发明的技术方案是：

1.混粉

以钛粉(Ti)、铝钒合金粉(Al/V)、二硼化钛粉(TiB₂)、碳化钛粉(TiC)为原料，按照一定 的比例装入混料机进行搅拌混合1.5小时。所有原料均为-250目的粉末，且原料的氧含量均 低于0.4wt％。钛粉和铝钒合金粉的比例按照Ti6Al4V的配比标准进行混合，碳化钛粉的含量 为2wt％-4wt％，二硼化钛粉的含量为4wt％-7wt％。

2.压制

将混合好的粉末装入模具，利用机械压或等净压在280MPa-300MPa的压力下保压 15-30分钟，将材料压制成一定的形状。此时，压制后材料的密度可达到材料理论密度的78 ％-86％。

3.烧结

将压制好的材料坏体在真空气氛下烧结6-8个小时，烧结温度为1200℃，保温时间根 据样品尺寸确定，真空度小于5×10^-3Pa。通过烧结工序，材料的密度可达到材料理论密度的 90％-95％。

在此过程中，TiB₂会和基体中的Ti发生如下反应完全转化为TiB，TiB和基体具有更 好的相容性。

TiB₂+Ti→2TiB    

4.锻造

烧结后的材料在1080℃-1120℃下进行锻造。可根据材料的用途和要制备的产品情况 选择不同的锻造方式，若采用开放式锻造则其变形量应大于30％。经过锻造工序，材料的致 密度达到96-100％。

5.热处理

将锻造后的半成品材料放入真空炉中，在760℃-800℃下保温60-150分钟，随炉冷却， 其中真空度不低于1×10^-1Pa。至此，就得到了这种高强度Ti₆Al₄V双相增强复合材料。

本发明与现有钛合金复合材料及其制备技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用常规方法和常规设备，工艺简单，容易实现批量生产。

2、采用混粉进行混合，使其TiC和TiB颗粒在基体中分散均匀且颗粒细小。

3、材料综合力学性能优良，在材料抗拉强度保持在较高水平上的同时，延伸率保持在 4％以上。解决了现有技术中提高抗拉强度但延伸率降低到无法接受之难点。本方法制备的材 料其抗拉强度在1180MPa-1280MPa之间，且其断后伸长率为4％-9％。

具体实施方式

本申请利用混粉、烧结、锻造方法制备Ti₆Al₄V高强度双相增强复合材料，下面就结 合实例对本发明作进一步描述。

1.混粉