一种TiB增强钛基复合材料的增强相调控方法与流程

文档序号:15457738发布日期:2018-09-15 01:38

本发明涉及金属基复合材料领域,具体涉及一种TiB增强钛基复合材料的增强相调控方法。



背景技术:

钛基复合材料(TMCs)具有较高的比强度、抗高温性能、耐热性能以及耐磨性能等特性,因此,在航空、航天、汽车工业等领域具有广阔的应用前景。TiB是钛基复合材料的最佳增强相,这是因为TiB与钛基体具有相近的密度与热膨胀系数,且弹性模量及硬度高,热稳定性能优异。目前钛基复合材料制备方法主要有熔炼铸造、热压烧结等。然而利用这些方法制备的钛基复合材料中TiB增强相粗大(微米级),且容易发生断裂,劣化了复合材料的力学性能。

中国专利号ZL200810136852.8,公开了名称为TiBw/Ti合金基复合材料的制备方法的专利,通过球磨混粉和热压烧结方法制备出一种一级网状结构TiB增强钛基复合材料,有效改善了钛基复合材料的力学性能,特别是塑性性能。中国专利号ZL201510405104.5,公开了名称为一种两级网状结构Ti基复合材料及其制备方法的专利,以微米级Si颗粒与微米级TiB2颗粒为增强相原料,制备出两级网状结构Ti基复合材料,大大提高钛基复合材料的室温与高温强度。由此可见网状结构有利于改善钛基复合材料的力学性能。但是上述两种专利提供的网状结构钛基复合材料的制备方法,需要严格粉体学参数的原材料,而且这种方法无法对成形后的钛基复合材料中的增强相进行调控。



技术实现要素:

本发明的目的是针对现有技术中存在的这些问题,提供一种TiB增强钛基复合材料的增强相调控方法,可获得纳米级与亚微米级TiB增强相,并且呈网状结构分布,为达到上述目的,本发明提供的技术方案是:

一种TiB增强钛基复合材料的增强相调控方法,包括以下步骤:

(1)首先利用电子束技术对TiB增强钛基复合材料进行电子束熔化处理;

(2)再对熔化后的复合材料进行低温时效处理。

所述的TiB增强钛基复合材料中TiB含量为2~6vol.%。

所述的电子束熔化处理,其电流6~9mA,电压40~60kV,扫描速度10mm/s,保持热输出3~3.6J/mm。

所述的低温时效处理,其时效温度400~600℃,保温时间8h,随炉冷却。

电子束熔化处理:高能量的电子束可以使复合材料中TiB增强相熔化进入钛液中,并在随后的冷却过程中重新析出。由于电子束具有快热与快冷特性,TiB增强相将以超细针状形态析出。

时效处理:提供足够的能量,使得硼原子向晶界处偏聚,超细针状TiB增强相逐渐聚集形成网状结构。

本发明提供的一种TiB增强钛基复合材料的增强相调控方法,具有如下有益效果:

(1)可获得纳米级与亚微米级TiB增强相,并且呈网状结构分布,改善钛基复合材料的力学性能;

(2)工艺灵活,可通过多方面调控成形后的钛基复合材料中的增强相尺寸与分布,实现其力学性能的调控;

(3)工艺适用性强,大大拓宽钛基复合材料的制备与应用范围。

附图说明

图1是实施例1制备出的两级网状结构Ti基复合材料的低倍SEM照片。

图2是实施例1制备出的两级网状结构Ti基复合材料的高倍SEM照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

以TiB(2vol.%)增强钛基复合材料为基体,首先利用电子束技术对TiB增强钛基复合材料进行熔化处理,其中电流9mA,电压40kV,扫描速度10mm/s,热输出3.6J/mm。再对熔化后的复合材料进行低温时效处理,其中时效温度500℃,保温时间8h,随炉冷却。

实施例2

本实施例与实施例1之间的区别在于电子束熔化处理,其中电流6mA,电压60kV,扫描速度10mm/s,热输出3.6J/mm。

实施例3

本实施例与实施例1之间的区别在于电子束熔化处理,其中电流6mA,电压50kV,扫描速度10mm/s,热输出3J/mm。

实施例4

本实施例与实施例1之间的区别在于低温时效处理,其中时效温度400℃。

实施例5

本实施例与实施例1之间的区别在于低温时效处理,其中时效温度600℃。

实施例6

本实施例与实施例1之间的区别在于TiB增强钛基复合材料中TiB含量为6vol.%。

分别采用扫描电子显微镜与显微硬度计对本发明的钛基复合材料进行微观组织观察与显微硬度测试,其测试结果如表1所示。根据硬度大小评价本发明材料的力学性能。显微硬度根据标准GB/T 4340.1-2009执行。

表1测试结果

以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何形式上的限制,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,依据本发明的技术实质,对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等,均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

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