[发明专利]一种原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料，其特征在于，包括钛合金基体以及通过原位反应合成且均匀分散于钛合金基体上的Ti₃Al、TiN、AlN及自润滑Si₃N₄纳米增强相；所述原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料是通过如下方法制备的：

(1)分别称取激光增材制造工艺中专用的球形钛合金粉末、纯铝粉末及纯硅粉末并放置于球磨滚筒中，抽真空后在惰性气体的保护作用下对所述球形粉末进行球磨混合，获得均匀混合的复合材料成形粉末；其中所述球形钛合金粉末、纯铝粉末及纯硅粉末的质量比为50:1:1～50:15:10；

(2)将步骤(1)中所述均匀混合的复合材料成形粉末放置于真空气氛干燥炉中，通入高纯氩气，进行干燥及降低氧含量处理；

(3)将步骤(2)中经处理的复合材料成形粉末置于激光选区熔化设备的粉缸中，进行抽真空后，在惰性气体的保护作用下通过激光增材制造工艺成形原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料，所述钛基复合材料包括钛合金基体以及通过原位反应合成且均匀分散于钛合金基体上的Ti₃Al、TiN、AlN及自润滑Si₃N₄纳米增强相。

2.一种原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)分别称取激光增材制造工艺中专用的球形钛合金粉末、纯铝粉末及纯硅粉末并放置于球磨滚筒中，抽真空后在惰性气体的保护作用下对所述球形粉末进行球磨混合，获得均匀混合的复合材料成形粉末；所述球形钛合金粉末、纯铝粉末及纯硅粉末的质量比为50:1:1～50:15:10；

(2)将步骤(1)中所述均匀混合的复合材料成形粉末放置于真空气氛干燥炉中，通入高纯氩气，进行干燥及降低氧含量处理；

(3)将步骤(2)中经处理的复合材料成形粉末置于激光选区熔化设备的粉缸中，进行抽真空后，在惰性气体的保护作用下通过激光增材制造工艺成形原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料，所述钛基复合材料包括钛合金基体以及通过原位反应合成且均匀分散于钛合金基体上的Ti₃Al、TiN、AlN及自润滑Si₃N₄纳米增强相。

3.根据权利要求2所述的原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述钛合金为工业纯钛、Ti₆Al₄V合金、Ti₅Al合金或Ti-Mo合金中的一种。

4.根据权利要求2所述的原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述球形钛合金的粒径为10～50μm，纯度不低于99.7％；所述球形纯铝粉末的粒径为15～35μm，纯度不低于99.7％；所述球形纯硅粉末的粒径为15～40μm，纯度不低于99.7％。

5.根据权利要求2所述的原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，采用无球干式滚筒球磨工艺对所述球形粉末进行球磨混合，所述无球干式滚筒球磨工艺的工艺条件为：滚筒转速为50～150rpm，正反转向交替时间为10～15min，球磨时间为1～2h。

6.根据权利要求2所述的原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述真空气氛干燥温度为50～135℃。

7.根据权利要求2所述的原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述高纯氩气与高纯氮气的流量比为500:1～50:1。

8.根据权利要求2所述的原位纳米多相复合强韧化钛基复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述激光增材制造工艺涉及的工艺参数为：高能激光束线能量密度为50～300J/m，层错分区扫描策略，成形基板加热温度为50～180℃。