CN102134692B - 一种TiB晶须增强钛基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种TiB晶须增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：a、按重量百分比取Ti粉10~50%、B粉10~50%及溶剂化添加剂Al粉2~4%、Ti或Ti合金30~75%；b、首先将步骤a所取的Ti粉、B粉及溶剂化添加剂Al粉混匀压实，再与Ti或Ti合金一起在水冷铜坩埚中真空感应熔化；所述Ti粉、B粉在溶剂化添加剂的促进下在800~950℃下发生反应，保温30min后生成细小的TiB陶瓷纤维增强相；之后继续加热升温至1680~1750℃，使得Ti或Ti合金基体熔化并在电磁搅拌作用下与TiB陶瓷增强相均匀混合，制得Ti基复合材料熔体,并浇注成形。

Description

一种TiB晶须增强钛基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及金属基复合材料的制备，具体说是涉及一种TiB晶须增强钛基复合材料的制备方法。
背景技术
Ti基复合材料可明显改善Ti合金基体的显微组织（亚结构、位错密度及组态以及晶粒尺寸等），进而提高基体的常温和高温力学性能，具有更为优异的比强度、比刚度和良好的耐磨、耐蚀及热强性能，在航空航天领域具有十分广阔的应用前景。采用Ti基复合材料代替传统合金，可大幅度提高飞机、导弹的发动机推重比、续航时间和突防能力，用于卫星及宇宙空间站可显著降低运载火箭的重量及燃料消耗。因此Ti基复合材料在航空航天等领域的应用将具有巨大的潜在经济效益和军事价值。
发明内容
本发明的目的正是为了提供一种用于制备TiB晶须增强钛基复合材料的方法。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的TiB晶须增强钛基复合材料的制备方法包括下述步骤：
a、按重量百分比取Ti粉10~50%、B粉10~50%及溶剂化添加剂Al粉2~4%、Ti或Ti合金30~75%；
b、首先将步骤a所取的Ti粉、B粉及溶剂化添加剂Al粉混匀压实，再与Ti或Ti合金一起在水冷铜坩埚中真空感应熔化；所述Ti粉、B粉在溶剂化添加剂的促进下在800~950℃下发生反应，保温30min后生成细小的TiB陶瓷纤维增强相；之后继续加热升温至1680~1750℃，使得Ti或Ti合金基体熔化并在电磁搅拌作用下与TiB陶瓷增强相均匀混合，制得Ti基复合材料熔体,并浇注成形。
本发明通过对Ti粉、B粉及溶剂化添加剂粉末混合比例、反应温度和反应时间加以控制，进而控制TiB增强纤维的尺寸；同时感应熔化的强烈电磁搅拌作用将TiB纤维弥散均布于Ti熔体中，水冷铜坩埚也避免了普通感应熔化过程中的坩埚污染，加之TiB与Ti合金的化学相容性较好，这就使得该工艺制得的Ti-TiB熔铸自生复合材料具有清洁的界面和均匀的分布。
采用此方法制备出的TiB/Ti基复合材料中TiB增强相为细小的晶须，长约10~15μm，直径约1.5μm。
本发明的有益效果如下：
本发明的所制备出的TiB晶须的弥散强化作用将使该复合材料具有优异的常温及高温力学性能。该钛基复合材料成本低廉，制备成形一体化，快捷完成，可方便批量生产，且力学性能优异，可用于飞机、导弹、火箭、坦克涡轮发动机的叶片、超高速导弹尾翼、壳体、卫星支架等要求高温、高强、轻质的航空航天器复杂构件。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例做进一步描述：
实施例1：
a、按重量百分比取钛（Ti）粉16%、硼（B）粉16%、溶剂化添加剂铝（Al）粉3%、以及钛合金65%；
b、首先将Ti粉、B粉、溶剂化添加剂Al粉三种粉末混匀压实，之后再与钛合金一起在水冷铜坩埚中真空感应熔化，在800~850℃下保温30min，使得Ti粉、B粉在溶剂化添加剂Al粉的促进下发生反应，生成细小的TiB陶瓷纤维增强相，随后继续加热，在1680~1700℃的条件下使钛合金基体熔化并在电磁搅拌作用下与TiB陶瓷增强相均匀混合，制得Ti基复合材料熔体,并浇注成形。
采用此方法制备出的TiB/Ti合金基复合材料中TiB增强相为细小的晶须，长约10~15μm，直径约1.5μm。
实施例2：
a、按重量百分比取Ti粉16%、B粉16%、溶剂化添加剂Al粉3%、以及海绵钛65%；
b、首先将Ti粉、B粉、溶剂化添加剂Al粉三种粉末混匀压实，之后再与海绵钛一起在水冷铜坩埚中真空感应熔化，在 900~950℃下保温30min，使得Ti粉、B粉在溶剂化添加剂Al粉的促进下发生反应，生成细小的TiB陶瓷纤维增强相，随后继续加热，在1680~1700℃的条件下使海绵钛基体熔化并在电磁搅拌作用下与TiB陶瓷增强相均匀混合，制得Ti基复合材料熔体,并浇注成形。
采用此方法制备出的TiB/Ti基复合材料中TiB增强相为细小的晶须，长约10~15μm，直径约1.5μm。
实施例3：
a、按重量百分比取钛（Ti）粉20%、硼（B）粉25%、溶剂化添加剂铝（Al）粉3%、以及钛合金52%；
b、首先将Ti粉、B粉、溶剂化添加剂Al粉三种粉末混匀压实，之后再与钛合金一起在水冷铜坩埚中真空感应熔化，在800~850℃下保温30min，使得Ti粉、B粉在溶剂化添加剂Al粉的促进下发生反应，生成细小的TiB陶瓷纤维增强相，随后继续加热，在1680~1700℃的条件下使钛合金基体熔化并在电磁搅拌作用下与TiB陶瓷增强相均匀混合，制得Ti基复合材料熔体,并浇注成形。
采用此方法制备出的TiB/Ti合金基复合材料中TiB增强相为细小的晶须，长约10~15μm，直径约1.5μm。
实施例4：
a、按重量百分比取钛（Ti）粉28%、硼（B）粉28%、溶剂化添加剂铝（Al）粉4%、以及钛合金40%；
b、首先将Ti粉、B粉、溶剂化添加剂Al粉三种粉末混匀压实，之后再与钛合金一起在水冷铜坩埚中真空感应熔化，在800~850℃下保温30min，使得Ti粉、B粉在溶剂化添加剂Al粉的促进下发生反应，生成细小的TiB陶瓷纤维增强相，随后继续加热，在1680~1700℃的条件下使钛合金基体熔化并在电磁搅拌作用下与TiB陶瓷增强相均匀混合，制得Ti基复合材料熔体,并浇注成形。
采用此方法制备出的TiB/Ti合金基复合材料中TiB增强相为细小的晶须，长约10~15μm，直径约1.5μm。

Claims (1)

1.一种TiB晶须增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：
a、按重量百分比取Ti粉10~50%、B粉10~50%及溶剂化添加剂Al粉2~4%、Ti或Ti合金30~75%；
b、首先将步骤a所取的Ti粉、B粉及溶剂化添加剂Al粉混匀压实，再与Ti或Ti合金一起在水冷铜坩埚中真空感应熔化；所述Ti粉、B粉在溶剂化添加剂的促进下在800~950℃下发生反应，保温30min后生成细小的TiB陶瓷纤维增强相；之后继续加热升温至1680~1750℃，使得Ti或Ti合金基体熔化并在电磁搅拌作用下与TiB陶瓷增强相均匀混合，制得Ti基复合材料熔体,并浇注成形；
c、所述晶须长为10～15μm，直径为1.5μm。
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