[发明专利]一种Zr合金化的Ti-4Si/5TiO2

说明书

一种Zr合金化的Ti‑4Si/5TiO₂合金及其制备方法，其特征在于：它的制备原料为Ti、Si、Zr和TiO₂；制备方法为首先，将Ti、Si、Zr和TiO₂混合均匀后进行高能球磨，使其部分合金化，再将球磨所得的粉料过筛，干燥，然后将干燥的粉料通过模压成型制成压块，最后通过真空无压烧结，使其充分合金化。本发明提供的Ti‑4Si‑1.3Zr/5TiO₂合金综合力学性能、抗高温氧化性和耐磨性等均有一定程度的提高，在航空航天发动机领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及Ti-4Si/5TiO₂合金，尤其是Zr合金化的Ti-4Si/5TiO₂合金的制备方法，具体地说，是一种提高其综合力学性能、抗高温氧化性能和摩擦磨损性能的钛硅系金属合金材料的制备方法。

背景技术

由于钛合金具有耐腐蚀、耐高温、比强度高、比刚度高等优点，制备高性能的钛合金具有较高的研究价值。钛合金在国防科技、医疗器、海洋工程等领域，有广阔的应用前景。目前钛合金主要应用于航空航天领域，在高温环境下，钛合金具有优越的综合性能，比如抗高温氧化、抗高温热腐蚀等性能，是航空发动机零部件的重要结构材料。

如今，对于传统的高温钛合金而言，其使用温度仍旧限制在650℃以下，相对应材料性能、力学性能、抗高温氧化、抗腐蚀等性能并没有显著地提高，这主要是由于材料的高温稳定性，有效强化及强韧性匹配等问题的限制。

Ti-Si复合材料凭借高熔点、高硬度的优点在诸多领域被广泛使用，具有优秀的研究价值。在钛基复合材料中添加单质Si，其氧化物SiO₂可以在材料表面形成致密的氧化膜，降低氧化速率，显著提高复合材料的抗氧化性能，同时可以起到弥散强化和细晶强化的作用，显著提高材料的强度。目前已有的Ti-8Si合金虽然耐高温性能优秀，但是韧性低。

迄今为止，尚未有一种具有自主知识产权的Zr合金化的Ti-4Si/5TiO₂合金的制备方法可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天发动机的发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有的Ti-Si合金韧性低差，不能适应高温下使用的问题，发明一种Zr合金化的Ti-4Si/5TiO₂合金及其制备方法，通过选择“高能球磨-模压成型-真空无压烧结”方法制备一种钛硅合金，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。

本发明所采取的技术方案之一是：

一种Zr合金化的Ti-4Si/5TiO₂合金，其特征是：Ti-4Si-xZr/5TiO₂合金的组分是以质量百分比计算，其中，Ti：(91-x)wt.％，Si：4wt.％，Zr：xwt.％， TiO₂：5wt.％，各组份的质量百分比之和为100％，其中x的取值为1-1.5.。

本发明的技术方案之二是：

一种Zr合金化的Ti-4Si/5TiO₂合金的制备方法，其特征是它主要包括以下几个步骤：

(1)高能球磨混粉：按成份先配制Ti-4Si-xZr/5TiO₂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三种单质粉末以及TiO₂纳米粉末部分合金化，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和TiO₂进一步合金化。