一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110284020A(43)申请公布日2019.09.27(21)申请号201910610436.5(22)申请日2019.07.08(71)申请人东南大学地址211102江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人陈锋吴宇龙罗聪武祥为张法明(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.C22C1/10(2006.01)C22C14/00(2006.01)C22F1/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料及其制备方法，所述复合材料的组份及重量百分比为：Nb：33～35wt％；Zr：6～8wt％；C：1.0～1.5wt％；余量为钛；复合材料中TiC颗粒的体积百分比为5.5～8.5Vol％。复合材料制备的具体步骤是：将钛粉和石墨粉在研钵中手动研磨至均匀，随后对复合粉末进行SPS烧结，获得烧结块；将片状烧结块与海绵钛、Nb、Zr原料按一定重量比在电弧炉中反复熔炼获得复合材料铸锭；将铸锭进行1300～1400℃×60～120min的高温热处理，随后淬水，使原位生成的TiC颗粒粒径明显细化，更均匀地分布在复合材料基体中。所得复合材料具有高耐蚀性、高塑性和高耐磨性，十分适合制作海洋工程、化工和核电等领域所需的抗蚀耐磨且需大塑性变形加工的高强部件。CN110284020ACN110284020A权利要求书1/1页1.一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料，其特征在于，所述复合材料的组份以重量百分比计算为：Nb：33～35wt％；Zr：6～8wt％；C：1.0～1.5wt％；余量为Ti。2.一种如权利要求1所述的一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：将钛粉和石墨粉在研钵中研磨均匀；第二步：将研磨好的复合粉末装入到石墨模具中进行SPS烧结成型，并将烧结块切成片状；第三步：根据复合材料成分，以片状烧结块、海绵钛、Nb和Zr作为原料，投入到真空非自耗电弧炉反复熔炼，得到成分均匀的铸锭；第四步：将所述铸锭进行高温热处理，随后水淬到室温，得到耐腐蚀高塑性钛基复合材料。3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料的制备方法，其特征在于所述钛粉、海绵钛、石墨粉、Nb、Zr原料，纯度均为99.9wt％以上。4.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料的制备方法，其特征在于所述钛粉的粒径为5～15μm，石墨粉的粒径为10～20μm。5.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料的制备方法，其特征在于所述SPS烧结成型，具体为：升温速度为100℃/min，烧结温度为800～900℃，烧结时间为15～30min，烧结压力为50～60MPa。6.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料的制备方法，其特征在于所述高温热处理，其加热温度为1300～1400℃，保温时间为60～120min。7.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料的制备方法，其特征在于所述耐腐蚀高塑性钛基复合材料中，TiC颗粒的体积百分比为5.5～8.5Vol％。2CN110284020A说明书1/5页一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种耐腐蚀高塑性钛基复合材料的制备方法，属于钛基复合材料设计及制备技术领域。背景技术[0002]与钛合金相比，陶瓷颗粒增强钛基复合材料具有更高的室温强度和高温抗蠕变性能，并能克服钛合金弹性模量低、耐磨性差等固有缺点，能适应更加严苛复杂的服役环境，在航空航天、汽车制造及军工等领域显示了重要的应用前景。当前，国内外主要采用α及α+β钛合金作为基体，通过TiC颗粒进行弥散强化，显著提高了钛合金的比强度、比模量和高温性能。然而，随TiC颗粒体积含量的增加，将导致复合材料的塑性和耐蚀性显著降低，兹分析和举例如下：[0003]1、钛基复合材料的塑性严重偏低，原因是：①TiC颗粒硬而脆，颗粒粗大，尤其是熔铸原位自生法形成的TiC(由Ti-C熔体凝固时析出形成)通常呈粗大的枝晶组织和多角形貌，极易造成基体应力集中，导致裂纹的产生和扩展。②为满足高温强度要求，通常采用α钛合金(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si等)及α+β钛合金(Ti-6Al-4V、Ti-6Al-6V-2Sn等)作为复合材料基体。然而α-Ti为密排六方结构，仅有3个滑移系，本身塑性就较差，这也是导致当前TiC颗粒增强钛基复合材料塑性偏低(压缩率一般小于30％)的另一个重要因素。有学者采用熔铸原位自生法制备了