[发明专利]一种Zr合金化的Ti‑8Si合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料技术，尤其是一种Zr合金化的Ti-8Si合金，具体地说，是一种提高致密性、抗氧化性能和摩擦磨损性能的Zr合金化的Ti-8Si合金及其制备方法。

背景技术

由于钛合金拥有比强度高、比刚度高、耐蚀等有益性能，所以，未来几十年，我国的大飞机工程、舰船及未来海洋开发、高性能发动机、新型战机、载人航天工程、探月工程、航空、超音速巡航导弹、探海工程、新一代武装直升机、国民经济工业以及提高人民生活质量的医疗器械用具等领域对钛合金的需求越来越大。航空航天是钛合金用量最大的领域之一。高推比航空、航天氢氧发动机和巡航导弹的发展要求研制性能更好的钛合金，包括高强(≥1250MPa)、高韧和可焊性好的钛合金，高温(600℃)钛合金，低温钛合金和特种钛合金(阻燃性、高模量、高塑性、高透声系数和耐蚀等)。

如今，对于传统高温钛合金而言，其使用温度仍旧限制在650℃以下，在高温环境下应用的研究似乎未取得显著进展，这主要是由于材料的高温稳定性，可能存在的“钛火”，有效强化及强韧性匹配等问题的限制。

因此，通过合金化、表面改性、热处理等手段来改善材料的整体性能具有重要意义。对钛硅化合物而言，通过添加金属元素而形成一种或多种M_xSi_y型硅化物，改善元素分布、组织构成，从而优化含Ti₅Si₃、Ti₅Si₄或TiSi₂等硅化物的钛合金材料的整体性能，具有较高的价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有的钛硅合金整体性能不能满足使用要求的问题，发明一种“高能球磨-模压成型-真空无压烧结”的钛硅合金制备方法，并通过添加金属元素Zr，制备一种综合性能较好的，钛硅化合物含量高的钛合金材料。

本发明的技术方案之一是：

一种Zr合金化的Ti-8Si合金，其特征是它主要由Ti粉、Si粉和Zr粉复合而成：Ti-8Si-xZr合金粉末的组分是以质量百分比计算，其中，Ti粉：(92-x)wt.％，Si粉：8wt.％，Zr粉：xwt.％，x的取值范围为0.7～5，粉体的质量百分比之和为100％。

本发明的技术方案之二是：

一种Zr合金化的Ti-8Si合金的制备方法，其特征是它包括以下步骤：

(1)高能球磨混粉：按成份先配制Ti-8Si-xZr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，Si，Zr三种单质粉末部分合金化，将球磨后所得混合粉末过筛，置于真空干燥箱内烘干；

(2)常规模压成型：将步骤(1)制备的混合粉末进行压制成型，得到压块；

(3)真空无压烧结：将步骤(2)压制成型的压块进行真空无压烧结，使得Ti，Si，Zr进一步合金化。

所述的高能球磨的球磨工艺为：球料比(8～10):1，300～400r/min球磨至少48h，每球磨1h停机15min。

所述的球磨后的复合粉料置于真空干燥箱，随干燥箱升温至60～80℃后保温至少4h，过300目筛。

所述的压制成型的工艺为：压制时采用的工作压力为550～650MPa，压块为φ＝30mm、厚3～5mm的圆块。

所述的烧结前将压坯置于真空干燥箱，随干燥箱升温至90～110℃后保温至少6h。

所述的真空无压烧结的工艺为：抽真空至1×10^-1Pa或以上，升温速率为10～15℃/min，烧结工艺为600℃×2h+800℃×2h+1000℃×2h+1250℃×2h，最后随炉冷却。

本发明的有益效果是：

(1)本发明创新性地提出一种“高能球磨-模压成型-真空无压烧结”粉末冶金工艺，在混粉阶段通过高能球磨使Ti，Si，Zr三种单质粉末部分合金化，在烧结过程中，进一步合金化，与普通粉末冶金工艺相比，本工艺使得三种单质粉末合金化更加充分，为钛金属提供了一种可工业化生产的制备方法。

(2)本发明提供的Zr合金化的Ti-8Si合金的制备方法操作简单、易实现，经济性优良。

(3)本发明制备的Zr合金化Ti-8Si系金属合金材料相较于普通的Ti-8Si金属合金材料，其致密性、抗氧化性和摩擦磨损性能等均有不同程度的提高。

(4)很好地解决了高温钛合金难以突破650℃的应用环境的难题。