专利名称：原位自生稀土氧化物增强钛硅合金复合材料的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种原位自生稀土氧化物增强钛硅合 金复合材料。
二背景技术：
钛基复合材料具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀以及极佳的抗疲 劳和蠕变性能等优点，可应用于航空航天、汽车、生物医学、电子等军用和民
用领域。Ti-Si共晶系合金熔点低、结晶区间小、流动性好，可弥补传统铸造钛 合金的熔点高、耗能多、结晶区间宽、铸件易形成疏松或縮孔等缺陷，其合金 中的TisSi3相是难熔金属间化合物，它具有复杂的D8s六方结构，性质类似于陶 瓷，熔点高、硬度大、密度低，可显著提高合金的强度，尤其是高温性能。钛 硅共晶合金既有陶瓷材料的热物理特性，又有优于陶瓷的耐冲击特点，这一合 金体系可望制备出高强度、耐热、抗裂等性能优良的合金材料。采用传统的外 加法在钛合金基体中引入颗粒增强体可显著提高其力学和抗氧化等性能，但传 统的外加法存在增强体和基体相容性不好，结合性不强，在高温使用时，性能 容易退化等缺陷。
三
发明内容
本发明的目的是提供一种原位自生稀土氧化物增强钛硅合金复合材料。该 复合材料的增强体和钛基体相容性好，界面清晰，热力学稳定性好。
本发明通过以下技术方案达到上述目的原位自生稀土氧化物增强钛硅合金复合材料，其原料组分及含量按重量百分比为
Ti 74. 40—88. 32 % ， Si 0. 614—5. 406 % ， Si02 2 . 2 1 3-5 . 5 32 % ， La 6.821-17.054%。
或其原料组分及含量按重量百分比为
Ti 74. 40-88. 32 % , Si 0. 696-5. 406 % ， Si02 2. 143-5 . 3 5 7 % ， Nd 6. 859-17. 147%。
或其原料组分及含量按重量百分比为
Ti 79. 05-90. 24 % ， Si 0. 602-5. 461 % , Si02 2. 395-5. 987 % ， Y
4. 725-11. 812%。
所述Ti、 Si、 Si02和稀土元素镧、钕、钇纯度在99.9%以上。 按所述原料组分及含量配比称取原料，先用压片机将Si02粉末封入海绵钛
中以防止熔炼过程中Si02粉末的损失，然后采用常规真空非自耗电弧炉熔铸成
合金锭，即得所述复合材料。
本发明的突出特点和有益效果在于
1、 所述复合材料的增强体和钛基体相容性好，界面清晰，热力学稳定性好， 且增强体的含量能够根据需要控制。
2、 所述复合材料与不引入稀土氧化物的钛硅合金相比，其弹性模量和抗压 强度分别提高5230-9280 MPa、 102-467 MPa,且加工性能良好。
四
图1是本发明实施例1所述复合材料样品的显微组织金相照片。 图2是本发明实施例2所述复合材料样品的显微组织金相照片。 图3是本发明实施例3所述复合材料样品的显微组织金相照片。 图4是本发明实施例4所述复合材料样品的显微组织金相照片。施例5所述复合材料样品的显微组织金相照片。
图6是本发明实施例6所述复合材料样品的显微组织金相照片。
五具体实施例方式
实施例l
原料组分及含量按重量百分比为Ti 83.16， Si 3.288， La 10.232， Si02 3.32的用料配比称取原料，先利用压片机将Si02粉末封入海绵钛中，然后利用 常规真空非自耗电弧炉制备得12 LaA/Ti-5. 5Si (wt%)合金复合材料样品， 其原位生成LaA增强体的质量分数为12 wt%。利用Instron8801型材料试验 系统对规格为5mmX 5鹏X 10画的样品进行室温压缩性能测试，此原位自生12 wt %1^20:,增强Ti-5. 5Si(wt% )合金复合材料的弹性模量和抗压强度分别为38900 MPa、 1921 MPa，在相同的测试条件下，与不引入LaA增强体的Ti-5. 5Si (wt % )合金的弹性模量31810 MPa和抗压强度1454 MPa相比，分别提高了 7090 MPa、 467 MPa。图1是此复合材料的显微组织金相照片，图中黑色颗粒为稀土氧化物 LaA增强体。
实施例2
原料组分及含量按重量百分比为Ti 79.38， Si 2.551， La 13.643， Si02 4.426的用料配比称取原料，先利用压片机将Si02粉末封入海绵钛中，然后利 用常规真空非自耗电弧炉制备得16La203/Ti-5.5Si (wt%)合金复合材料样品， 其原位生成LaA增强体的质量分数为16 wt%。利用Instron8801型材料试验 系统对规格为5mmX5mmX lOmra的样品进行室温压縮性能测试，此原位自生16 wt XLaA增强Ti-5. 5Si(wt% )合金复合材料的弹性模量和抗压强度分别为37180 MPa、 1749 MPa，在相同的测试条件下，与不引入La203增强体的Ti-5. 5Si (wt% )合金的弹性模量31810 MPa和抗压强度1454 MPa相比，分别提高了 5370 MPa、 295 MPa。图2是此复合材料的显微组织金相照片，图中黑色颗粒为稀土氧化物 La20:,增强体。 实施例3
原料组分及含量按重量百分比为Ti 84.6， Si 4.148， Nd 8.574， Si02 2.678的用料配比称取原料，先利用压片机将Si02粉末封入海绵钛中，然后利 用常规真空非自耗电弧炉制备得IO Nd203/Ti-6Si (wt%)合金复合材料样品， 其原位生成NdA增强体的质量分数为10 wt%。利用Instron8801型材料试验 系统对规格为5mmX 5mmX 10mm的样品进行室温压缩性能测试，此原位自生10 wt %配203增强1^-6Si (wt%)合金复合材料的弹性模量和抗压强度分别为38390 MPa、 1572 MPa，在相同的测试条件下，与不含NdA增强体的Ti-6Si (wt%) 合金的弹性模量29110 MPa和抗压强度1436 MPa相比，分别了提高9280 MPa、 136MPa。图3是此复合材料的显微组织金相照片，图中黑色颗粒为稀土氧化物 NdA增强体。
实施例4
原料组分及含量按重量百分比为Ti 78.96， Si 3.036， Nd 13.718， Si02 4.286的用料配比称取原料，先利用压片机将Si02粉末封入海绵钛中，然后利 用常规真空非自耗电弧炉制备得16 Nd203/Ti-6Si (wt%)合金复合材料样品， 其原位生成NdA增强体的质量分数为16 wt%。利用Instron8801型材料试验 系统对规格为5mmX 5mmX 10醒的样品进行室温压縮性能测试，此原位自生16 wt ^NdA增强Ti-6Si (wt%)合金复合材料的弹性模量和抗压强度分别为34340 MPa、 1607 MPa，在相同的测试条件下，与不含配203增强体的Ti-6Si (wt%) 合金的弹性模量29110 MPa和抗压强度1436 MPa相比，分别提高了 5230 MPa、171MPa。图4是此复合材料的显微组织金相照片，图中黑色颗粒为稀土氧化物 NdA增强体。 实施例5
原料组分及含量按重量百分比为:Ti 88. 35， Si 3. 344， Y 5. 512， Si02 2 . 794 的用料配比称取原料，先利用压片机将Si02粉末封入海绵钛中，然后利用常规 真空非自耗电弧炉制备得7Y203/Ti-5Si (wt%)合金复合材料样品，其原位生 成LaA增强体的质量分数为7 wt%。用HV-10B型维氏硬度计测试合金硬度， 此原位自生7wt^YA增强Ti-5Si(wt% )合金复合材料的维氏硬度达到HV 476， 在相同的测试条件下，与不含Y203增强体的Ti-5Si (wt%)合金的维氏硬度HV 292相比，提高了HV 184。图5是此复合材料的显微组织金相照片，图中黑色 颗粒为稀土氧化物Y20:,增强体。
实施例6
原料组分及含量按重量百分比为:Ti 85. 50， Si 2. 634， Y 7. 874， Si02 3 . 991 的用料配比称取原料，先利用压片机将Si02粉末封入海绵钛中，然后利用常规 真空非自耗电弧炉制备得10 Y203/Ti-5Si (wt%)合金复合材料样品，其原位 生成YA增强体的质量分数为10wt%。用HV-10B型维氏硬度计测试合金硬度， 此原位自生10 wt5^Y20:,增强Ti-5Si (wt%)合金复合材料的维氏硬度达到HV 383，在相同的测试条件下，与不含YA增强体的Ti-5Si (wt^)合金的维氏硬 度HV 292相比，提高了HV91。图6是此复合材料的显微组织金相照片，图中 黑色颗粒为稀土氧化物YA增强体。
权利要求
1、一种原位自生稀土氧化物增强钛硅合金复合材料，其特征在于，其原料组分及含量按重量百分比为Ti 74.40-88.32％，Si 0.614-5.406％，SiO2 2.213-5.532％，La6.821-17.054％，或其原料组分及含量按重量百分比为Ti 74.40-88.32％，Si 0.696-5.406％，SiO2 2.143-5.357％，Nd6.859-17.147％，或其原料组分及含量按重量百分比为Ti 79.05-90.24％，Si 0.602-5.461％，SiO2 2.395-5.987％，Y4.725-11.812％。
2、 根据权利要求l所述原位自生稀土氧化物增强钛硅合金复合材料，其特征在于，所述Ti、 Si、 Si02和稀土元素镧、钕、钇的纯度在99.9%以上。
全文摘要
一种原位自生稀土氧化物增强钛硅合金复合材料，其原料组分及含量按重量百分比为Ti 74.40-88.32％，Si 0.614-5.406％，SiO<sub>2</sub> 2.213-5.532％，La 6.821-17.054％或Ti 74.40-88.32％，Si 0.696-5.406％，SiO<sub>2</sub> 2.143-5.357％，Nd 6.859-17.147％或Ti 79.05-90.24％，Si 0.602-5.461％，SiO<sub>2</sub>2.395-5.987％，Y 4.725-11.812％。所述复合材料的增强体与钛基体相容性好，界面清晰，增强体的含量能够根据需要控制，与不引入稀土氧化物的钛硅合金相比，其弹性模量和抗压强度分别提高5230-9280MPa、102-467MPa，且加工性能良好。
文档编号C22C14/00GK101550506SQ200910114058
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月13日 优先权日2009年5月13日
发明者张新疆, 湛永钟 申请人:广西大学