[发明专利]一种Ti-W异构金属-金属复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ti‑W异构金属‑金属复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料领域。所述的Ti‑W异构金属‑金属复合材料由Ti基体和W增强体组成，W颗粒形成网状结构均匀分布在Ti基体中，两者之间形成扩散型界面。所述制备方法包括以下步骤：1)按成分配比称取Ti粉和W粉装入球磨罐中，通过低能球磨使W粉均匀粘附在Ti粉表面；2)将混合好的复合粉末进行真空热压烧结，制备得到烧结致密坯体；3)将烧结致密坯体进行轧制处理，得到Ti‑W异构金属‑金属复合材料。本发明方法制备出的Ti‑W异构金属‑金属复合材料由于独特的成分和异质结构，有着良好的综合力学性能。

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，特别涉及一种Ti-W异构金属-金属复合材料及其制备方法。

背景技术

钛基复合材料有着优异的高温性能、耐摩擦性能、高比强度以及高比模量等特点，目前已经广泛应用于航空航天、汽车以及交通运输等领域。传统的钛基复合材料为了追求更好的固溶强化以及弥散强化效果，增强体常均匀分布于钛基体中，但材料塑性差，增强效果不理想。采用增强体呈网状分布的方法，可以在增强基体的同时保证一定的塑性，为金属基复合材料提供新的强韧化途径。例如，耿林等人在专利200810136852.8中公布了一种TiB增强体呈网状分布在Ti基体中的复合材料，复合材料强度显著升高且具有一定的塑性。因此，采用网状构型设计钛基复合材料相比传统增强体均匀分布可以获得更好的强韧化效果。

目前常规制备钛基复合材料多采用与钛基体热膨胀系数相近的陶瓷相作为增强体，如TiC、TiB等。但陶瓷相与基体结合界面较弱，增强体与基体结合不紧密存在微裂纹，服役时裂纹迅速扩展导致材料失效。为了提高复合材料界面强度，可采用金属增强体替换陶瓷相获得扩散型界面，形成金属-金属复合材料。如刘咏等人在专利201910077356.8中公布了一种Ti-Ta二元金属-金属层状复合板材的制备方法，在该工艺中Ti与Ta存在梯度扩散型界面，结合界面良好无缺陷，使复合材料获得了良好的强度和塑性。目前对于金属-金属复合材料的构型主要以层状结构为主，例如陈畅等人在专利202010501798.3中公布了一种梯度结构钛-坦层状金属复合材料，刘雪峰等人在专利202010767993.0中公布了一种界面强冶金结合钛-钢层状金属复合材料，均获得了良好的强塑性。在金属-金属复合材料中进行网状构型设计，可以结合网状结构的强韧化效果以及金属-金属复合材料的强界面特性，获得更好的综合力学性能。因此，研制高性能网状结构金属-金属复合材料对于钛基复合材料的理论发展与工程应用具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的不足和缺陷，本发明提供了一种粉末冶金Ti-W异构金属-金属复合材料及其制备方法。

本发明一种Ti-W异构金属-金属复合材料，所述Ti-W异构金属-金属复合材料由Ti基体以及呈网状结构分布在Ti基体中的W颗粒组成，所述Ti-W异构金属-金属复合材料中，W颗粒的质量分数为5～40％。

本发明所提供的Ti-W异构金属-金属复合材料，W颗粒以网状结构分布在Ti基体中，发明人发现，这种结构，相比增强体均匀分布，增强相网状构型能够提高材料的强度且保证良好的塑性。

优选的方案，所述网状结构中单个网格单元的尺寸为40～150μm。

发明人发现，网状结构中单个网格单元的尺寸也会对材料性能构成一定的影响，只有在本发明范围内，才能够使材料的塑性最佳，而如果过大过小，都会对塑性产生影响。

进一步的优选，所述网状结构中单个网格单元的尺寸为50～110μm。

优选的方案，所述Ti-W异构金属-金属复合材料中Ti基体与W颗粒之间为扩散型界面。

在本发明中，Ti基体与W颗粒之间所形成的是扩散型界面，即金属增强体与基体发生了固溶强化，提高了增强体与基体的界面结合强度。

优选的方案，所述Ti-W异构金属-金属复合材料中，W颗粒的质量分数为20～30％。