[发明专利]一种钛基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，且特别涉及一种钛基复合材料及其制备方法。

背景技术

钛基复合材料是指通过向钛和钛合金基体中引入增强体，能够在保持基体材料韧性的同时提高其室温和高温屈服及抗拉强度，提高疲劳强度、弹性模量、耐磨性等性能，很大程度上弥补钛和钛合金性能的不足。作为增强体材料，TiB晶须和TiC颗粒有多种优异的性能特点，如：高强度和高模量；耐摩擦、耐腐烛和耐疲劳等，它们以其稳定的复合结构、良好的增强效果，已成为钛基复合材料的优选增强材料。基于两种增强体显著的性能特点，人们已利用各种方法制备出一系列TiB/TiC混杂增强钛基复合材料，但内生增强体TiB混杂TiC晶粒容易团聚且晶粒尺度单一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛基复合材料的制备方法，其借助冷冻干燥还原和放电等离子快速烧结技术，改善内生增强体TiB混杂TiC的晶粒尺度单一的问题。

本发明的另一目的在于提供一种钛基复合材料，其应用上述方法制得，其混杂内生增强相TiB晶须和TiC颗粒在钛基体中分散均匀，且表现出多尺度混杂的情况。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种钛基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：将硼粉、钛粉和氧化石墨烯水溶液混合均匀后，进行低温处理冷冻成冰，再进行干燥后得到氧化石墨烯-硼-钛混合粉体；

将氧化石墨烯-硼-钛混合粉体置于水合肼蒸气中反应2-3h，得到石墨烯-硼-钛混合粉体；

将石墨烯-硼-钛混合粉体冷压成型得到冷坯，将冷坯置于放电等离子烧结炉中进行烧结。

本发明还提出一种钛基复合材料，其应用上述钛基复合材料的制备方法制得。

本发明实施例提供一种钛基复合材料的制备方法的有益效果是：通过氧化石墨烯水溶液作为分散介质，采用冷冻成冰的方式将钛粉和硼粉与分散介质混合均匀，并借助冷冻干燥还原得到石墨烯-硼-钛混合粉体，最后采用放电等离子快速烧结技术得到钛基复合材料。该钛基复合材料中均匀分散着多尺度混杂增强相TiB晶须和TiC颗粒，且具有良好的硬度和抗压能力。本发明实施例还提供了一种钛基复合材料，其应用上述钛基复合材料的制备方法制得，内生增强相TiB晶须和TiC颗粒在钛基体中分散均匀，且表现出多尺度混杂的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1中体积分数1.0％TiB和3.0％TiC混杂增强钛基复合材料的微观组织图；

图2为实施例2中体积分数3.0％TiB和3.0％TiC混杂增强钛基复合材料的微观组织图；

图3为实施例3中体积分数6.0％TiB和3.0％TiC混杂增强钛基复合材料的微观组织图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的钛基复合材料及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种钛基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1、将硼粉、钛粉和氧化石墨烯水溶液混合均匀后，进行低温处理冷冻成冰，再进行干燥后得到氧化石墨烯-硼-钛混合粉体。

需要说明的是，将硼粉和钛粉与氧化石墨烯水溶液形成的混合溶液进行低温处理冷冻成冰的目的是使原料分散状态固定下来，混合更加均匀，有利于后续还原过程的进行。具体地，将硼粉和钛粉加入到氧化石墨烯水溶液中，机械搅拌1-3h初步混合均匀后，再进行低温处理进行搅拌使原料可以初步地混合均匀，再经过冷冻的过程使原料分散状态固定下来，能够保持原料混合均匀的状态。

具体地，干燥过程是在真空度小于10Pa的真空冷冻干燥箱中进行。干燥过程是在冷冻干燥箱中进行，在保持冷冻温度的同时将混合物中的水分去除，得到氧化石墨烯-硼-钛混合粉体。冷冻干燥箱除了制冷系统外，还具有真空系统，可以将含水物质先冻结成固体，而后使其中的水分从固态升华成气态，以去除水分。另外，在干燥过程中保持一定的真空度能够降低水的沸点，使水分更快地分离出来。