[发明专利]Ti-22Al-25Nb/Al2O3复合材料的制备方法

说明书

本发明属于复合材料制备领域，特别涉及一种Ti‑22Al‑25Nb/Al₂O₃复合材料的制备方法，其中Ti、Al、Nb三种粉末的原子比为53:22:25，Al₂O₃粉末的重量是Ti、Al、Nb粉末总重量的5％。其包括以下步骤：S1、以质量比25:6:23:2.84称取适量的Ti粉末、Al粉末、Nb粉末和Al₂O₃粉末加入到球磨罐中，以预设球料比加入不锈钢磨球，并对球磨罐抽真空、充氩气；S2、将球磨罐放在球磨机上，以380r/min～450r/min的速度进行机械合金化，每球磨一定时间后停机休息，总机械合金化时间为60～80h；S3、机械合金化完成后，将球磨罐在充满氩气的手套箱中打开钝化，钝化时间不小于72h，得到合金化的Ti‑22Al‑25Nb/Al₂O₃复合粉末；S4、将复合粉末装入石墨模具中，并移至放电等离子烧结机中进行烧结，得到晶粒细小的Ti‑22Al‑25Nb/Al₂O₃块状复合材料。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，特别涉及一种Ti-22Al-25Nb/Al₂O₃复合材料的制备方法。

背景技术

Ti₂AlNb基合金是一种新型的钛合金材料，尤其是Ti-22Al-25Nb(at.％)合金具有优良的比强度、抗氧化性和抗蠕变性等综合性能，广泛的应用在航空航天领域。Ti-22Al-25Nb(at.％) 合金由B2相、O相和α₂相组成，在室温下，其塑性和可加工性能很差，这在很大程度上限制了该合金在更大范围内的应用。熔炼铸造是制备Ti-22Al-25Nb合金的传统工艺，铸造组织缺陷和成分不均匀性，严重影响了合金的各项力学性能。粉末冶金技术不仅可以避免组织偏析获得均匀的组织，而且制备工艺简单、周期短和成本低。机械合金化技术在制备多元素合金化粉末方面具有很好优势，能够避免因采用熔融技术所引起的元素成分不均匀和因元素熔点不同所导致的成分流失等问题，能制备出成分均匀、组织稳定的合金化粉末。放电等离子烧结技术是一种新型的烧结技术，将粉末放在石墨模具当中，施加压力后，进行放电升温，使粉末快速烧结成型。该技术具有升温速度快、烧结时间短、烧结温度低、节能、环保等优点，所制备的材料晶粒更细小、致密度更高。

有学者在用Ti-22Al-25Nb(at.％)预合金粉末结合热压烧结技术制备的Ti-22Al-25Nb (at.％)合金最小的晶粒尺寸为167μm。同时，有学者在用Ti、Al、Nb元素粉末结合低能混粉球磨和放电等离子烧结技术制备出的Ti-22Al-25Nb(at.％)合金的最小晶粒尺寸均大于 50μm。由预合金粉末经热压烧结制备Ti-22Al-25Nb(at.％)合金时需要较长的致密化时间(一般不小于1h)；由元素粉末经低能混粉之后，元素之间没有实现合金化，从而导致放电等离子烧结时需要较长的烧结时间(一般不小于1.5h)，从而导致上述合金晶粒尺寸较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ti-22Al-25Nb/Al₂O₃复合材料的制备方法，以Ti、Al、Nb元素粉末和Al₂O₃粉末为初始材料，首先采用机械合金化工艺制备出Ti-22Al-25Nb/Al₂O₃复合粉末，再经放电等离子烧结工艺制备出组织和成分均匀、晶粒细小，硬度高的复合材料。

为了实现上述目的，本发明提供一种Ti-22Al-25Nb/Al₂O₃复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

一种Ti-22Al-25Nb/Al₂O₃复合材料的制备方法，Ti、Al、Nb三种粉末的原子比为53:22:25， Al₂O₃粉末的重量是Ti、Al和Nb粉末总重量的5％，其包括以下步骤：