原位自生颗粒增强钛基复合材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102517464A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102517464A(43)申请公布日2012.06.27(21)申请号201110440775.7(22)申请日2011.12.26(71)申请人中国兵器工业第五二研究所地址315103浙江省宁波市科技园区凌云路199号(72)发明人赵文天梁栋葛文艳李德林易更(74)专利代理机构宁波诚源专利事务所有限公司33102代理人袁忠卫景丰强(51)Int.Cl.C22C1/02(2006.01)C22C1/10(2006.01)C22C14/00(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图22页(54)发明名称原位自生颗粒增强钛基复合材料的制备方法(57)摘要一种原位自生颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将钛基原料装入水冷石墨坩埚，真空等离子熔炼炉内真空抽到不超过10Pa，起弧熔炼，进入精炼期，将用以原位反应生成增强相的石墨粉从送粉器加入真空等离子熔炼炉，同时电磁搅拌，停弧，浇注。与现有技术相比，本发明的优点在于：有效地避免了对合金熔体的污染，显著提高了高熔点组元的合金化程度，降低了铸锭中的高熔点组元聚集偏析，保证了合金化的均匀性，同时合理地控制合金中的氧含量。CN1025746ACN102517464A权利要求书1/1页1.一种原位自生颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将钛基原料装入真空等离子熔炼炉内的水冷石墨坩埚，真空等离子熔炼炉内真空抽到不超过10Pa，向真空等离子熔炼炉充入混合气体到0.8bar～1.1bar，流量为10L/min～15L/min，起弧熔炼，进入精炼期，当超过50％熔池面积形成时，将用以原位反应生成增强相的石墨粉从送粉器加入真空等离子熔炼炉，同时电磁搅拌3min～5min，停弧，浇注，浇注温度为1250℃～1450℃，前述的混合气体中包括氢气和氩气，其中氢气体积占总混合气体体积的8％～25％。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的送粉器串接于真空等离子熔炼炉的等离子气体进气口。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于起弧熔炼时，等离子弧的电流400A～800A，电压42V～54V。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的石墨粉平均粒径为2μm～20μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的钛基原料为指海绵钛或钛棒。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的水冷石墨坩埚包括坩埚本体及设于坩埚本体的水冷套。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的电磁搅拌通过设于坩埚本体底部的多个电磁搅拌线圈实现。2CN102517464A说明书1/3页原位自生颗粒增强钛基复合材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种钛基复合材料的制备方法。背景技术[0002]钛基复合材料(TMCS)具有较高的室温比强度和比弹性模量，优良的抗疲劳性能和抗高温蠕变性能以及优异的耐蚀性能，被广泛应用于航空发动机叶片、机架、起落架梁、火箭发动机箱等构件上，但高昂的原料成本和加工成本阻碍了其工业实用化进程。[0003]钛基复合材料(TMCS)又可分为连续纤维增强钛基复合材料和颗粒增强钛基复合材料。纤维增强钛基复合材料由于存在制备成本高，工艺复杂，成形困难，所得的制品存在着显著的各向异性，纤维分布不均等缺陷，使得其发展及应用都受到了限制。与之相比，颗粒增强钛基复合材料具有各向同性的性质，并且制备成本较低，制造方法简单，易于制造形状复杂的零件，因此具有更大的发展前景，并逐渐受到人们的广泛关注。同时，颗粒增强钛基复合材料密度低，具有比铝、镁基复合材料更好的高温性能，它的抗拉强度、疲劳强度、弹性模量和磨损特性与同种Ti-6Al-4V锻造合金(退火状态)相比均有大幅度提高，可使结构零件进一步轻量化，而磨损性能的提高可以在制备过程中去掉造价比较昂贵的表面处理工序，这对降低材料制备成本有着重要的意义，同时这些优点使得其在军事和民用方面均具有广阔的应用前景。[0004]然而，由于钛在高温下反应活性很高，直接向熔体中加入增强相将导致基体与增强相激烈反应，界面污染严重，材料强度降低，同时由于存在基体与增强相润湿性等问题，使得基体与增强相的结合强度较低，同样导致材料性能下降。[0005]颗粒增强体在基体材料中的生长方式包括外加法和原位合成法，外加法就是直接向熔体中加入增强相，由于钛在高温下反应活性很高，这种方法将导致基体与增强相激烈反应，界面污染严重，材料强度降低，同时由于存在基体与增强相润湿性等问题，使得基体与增强相的结合强度较低，同样导致材料性能下降。原位合成法则可以很好的避免上述问题。[0006]原位自生颗粒增强钛基复合材料，各向