一种增强钛基粉末冶金复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种增强钛基粉末冶金复合材料及其制备方法，该复合材料由以下重量百分比的物质组成：TiB23%-8%、NdB61.2%-1.5%、镍粉0.4%-0.7%、铬粉1%-2%、氧化锌1%-3%、锰粉3%-3.5%、铌粉0.2%-0.4%、氧化铝1%-3%、钼粉2%-4%，余量为钛粉。制备方法：a、干燥；b、压制生坯；c、烧结即得增强钛基粉末冶金复合材料。本发明制备的增强钛基粉末冶金复合材料的致密度较高，并且其硬度高、弯曲强度高，能够满足对高性能钛基复合材料的要求，制备方法简单，能耗低，成本低，适合工业生产。
【专利说明】一种增强钛基粉末冶金复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粉末冶金复合材料及其制备方法，特别涉及一种增强钛基粉末冶金复 合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原 料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。广义的粉末 冶金制品业涵括了铁石刀具、硬质合金、磁性材料以及粉末冶金制品等。狭义的粉末冶金制 品业仅指粉末冶金制品，包括粉末冶金零件（占绝大部分）、含油轴承和金属射出成型制品 等。
[0003] 颗粒增强钛基复合材料是以高强度和高模量陶瓷颗粒或晶须为增强相，以钛或钛 合金为基体而制备的一种材料，具有比钛合金更高的比强度和比模量，极佳的疲劳和蠕变 性能，以及优异的耐高温性能和耐蚀性能，并克服了钛合金耐磨性及耐燃性差的缺点，已广 泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
[0004] 目前，由于钛加工硬化速率高的特性，使用传统粉末冶金模压方法成形钛粉十分 困难，所制备的压坯致密度低，经常需要借助热压、热等静压或放电等离子烧结以及二次加 工等昂贵的方法获得致密材料。因此，目前制备的增强钛基复合材料烧结致密度低、硬度低 以及弯曲强度低，在一定程度上限制了其应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了克服以上现有技术的不足而提供一种烧结致密度高、硬度高 以及弯曲强度高的增强钛基粉末冶金复合材料及其制备方法。
[0006] 本发明的一种增强钛基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成： TiB23% HNdB6L 2% -1. 5%、镍粉 0· 4% -0· 7%、铬粉 1% -2%、氧化锌 1% -3%、锰粉 3% -3. 5%、铌粉0.2% -0.4%、氧化铝1% -3%、钥粉2% -4%，余量为钛粉。
[0007] 优选的，一种增强钛基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成： TiB24 % -7 %、NdB6L 3 % -1. 4 %、镍粉 0· 5 % -0· 6 %、铬粉 1. 2 % -1. 8 %、氧化锌 L 5 % -2. 5 %、锰粉 3. 1 % -3. 4 %、铌粉 0· 25 % -0· 35 %、氧化铝 L 5 % -2. 5 %、钥粉 2. 5% -3. 5%，余量为钛粉。
[0008] 更优选的，一种增强钛基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成： TiB25%、NdB6L 3%、镍粉0· 55%、铬粉L 5%、氧化锌2%、锰粉3. 3%、铌粉0· 3%、氧化铝 2%、钥粉3%，余星为钦粉。
[0009] -种增强钛基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010] a:按照重量百分比称取镍粉、铬粉、氧化锌、锰粉、铌粉、氧化铝、钥粉和钛粉，然后 于60-85°C下干燥3-4小时；
[0011] b :按照重量百分比称取TiB2和NdB6，然后与步骤a中干燥后的组分混合均匀，在 冲击能量与混合粉末重量之比为（180-240J) : (l-2g)，冲击速度为5. 6-6. 8m/s的条件下压 制生坯；
[0012] c、再于900-1250°C条件下烧结3-5小时，冷却后即得增强钛基粉末冶金复合材 料，其中升温速率为180_220°C /min。
[0013] 优选的，步骤b中所述的冲击能量与混合粉末重量之比为220J :1. 5g。
[0014] 优选的，步骤b中所述的冲击速度为6. 5m/s。
[0015] 有益效果：
[0016] 1、本发明借助稀土元素的脱氧增韧和稀土氧化物的弥散强化作用，在一定程度上 可有效改善钛基复合材料的强度和韧性，并且通过采用高速压制混合粉末制备高致密压 坯，再通过烧结即可获得致密的增强钛基粉末冶金复合材料。
[0017] 2、本发明制备的增强钛基粉末冶金复合材料的致密度较高，并且其硬度高、弯曲 强度高，能够满足对高性能钛基复合材料的要求。
[0018] 3、本发明制备方法简单，能耗低，成本低，适合工业生产。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1
[0020] -种增强钛基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：TiB23%、 NdB6L 2%、镍粉0.4%、铬粉1 %、氧化锌1 %、锰粉3%、铌粉0. 2%、氧化铝1 %、钥粉2%， 余量为钛粉。
[0021] 一种增强钛基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022] a:按照重量百分比称取镍粉、铬粉、氧化锌、锰粉、铌粉、氧化铝、钥粉和钛粉，然后 于60°C下干燥3小时；
[0023] b :按照重量百分比称取TiB2和NdB6，然后与步骤a中干燥后的组分混合均勻，在 冲击能量与混合粉末重量之比为180J :lg，冲击速度为5. 6m/s的条件下压制生坯；
[0024] c、再于900°C条件下烧结3小时，冷却后即得增强钛基粉末冶金复合材料，其中升 温速率为180°C /min。
[0025] 实施例2
[0026] -种增强钛基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：TiB28%、 NdB6L 5%、镍粉0. 7%、铬粉2%、氧化锌3%、锰粉3. 5%、铌粉0. 4%、氧化铝3%、钥粉4%， 余量为钛粉。
[0027] -种增强钛基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028] a:按照重量百分比称取镍粉、铬粉、氧化锌、锰粉、铌粉、氧化铝、钥粉和钛粉，然后 于85°C下干燥4小时；
[0029] b :按照重量百分比称取TiB2和NdB6，然后与步骤a中干燥后的组分混合均勻，在 冲击能量与混合粉末重量之比为240J :2g，冲击速度为6. 8m/s的条件下压制生坯；
[0030] c、再于KKKTC条件下烧结5小时，冷却后即得增强钛基粉末冶金复合材料，其中 升温速率为220°C /min。
[0031] 实施例3
[0032] -种增强钛基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：TiB24%、 NdB6L 3%、镍粉0. 5%、铬粉I. 2%、氧化锌I. 5%、锰粉3. I %、铌粉0. 25%、氧化铝I. 5%、 钥粉2. 5%，余量为钛粉。
[0033] -种增强钛基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0034] a:按照重量百分比称取镍粉、铬粉、氧化锌、锰粉、铌粉、氧化铝、钥粉和钛粉，然后 于70°C下干燥3小时；
[0035] b :按照重量百分比称取TiB2和NdB6，然后与步骤a中干燥后的组分混合均勻，在 冲击能量与混合粉末重量之比为180J :2g，冲击速度为5. 8m/s的条件下压制生坯；
[0036] c、再于950°C条件下烧结3小时，冷却后即得增强钛基粉末冶金复合材料，其中升 温速率为190°C /min。
[0037] 实施例4
[0038] -种增强钛基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：TiB27%、 NdB61. 4%、镍粉0. 6 %、铬粉1. 8 %、氧化锌2. 5 %、锰粉3. 4%、铌粉0. 35 %、氧化铝2. 5 %、 钥粉3. 5%，余量为钛粉。
[0039] -种增强钛基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0040] a:按照重量百分比称取镍粉、铬粉、氧化锌、锰粉、铌粉、氧化铝、钥粉和钛粉，然后 于80°C下干燥4小时；
[0041] b :按照重量百分比称取TiB2和NdB6，然后与步骤a中干燥后的组分混合均匀，在 冲击能量与混合粉末重量之比为240J :lg，冲击速度为6. 2m/s的条件下压制生坯；
[0042] c、再于1050°C条件下烧结5小时，冷却后即得增强钛基粉末冶金复合材料，其中 升温速率为210°C /min。
[0043] 实施例5
[0044] 一种增强钛基粉末冶金复合材料由以下重量百分比的物质组成：TiB25%、 NdB6L 3%、镍粉0. 55%、铬粉1. 5%、氧化锌2%、锰粉3. 3%、铌粉0. 3%、氧化铝2%、钥粉 3%，余量为钛粉。
[0045] 一种增强钛基粉末冶金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0046] a:按照重量百分比称取镍粉、铬粉、氧化锌、锰粉、铌粉、氧化铝、钥粉和钛粉，然后 于75°C下干燥4小时；
[0047] b :按照重量百分比称取TiB2和NdB6，然后与步骤a中干燥后的组分混合均匀，在 冲击能量与混合粉末重量之比为220J :1. 5g，冲击速度为6. 5m/s的条件下压制生坯；
[0048] c、再于1250°C条件下烧结4小时，冷却后即得增强钛基粉末冶金复合材料，其中 升温速率为200°C /min。
[0049] 将上述实施例1至实施例5制备的增强钛基粉末冶金复合材料进行性能测试，分 别测试其致密度、硬度和弯曲强度，并做好记录，测试结果如表1所示。
[0050] 表 1
[0051]
【权利要求】
1. 一种增强钛基粉末冶金复合材料，其特征在于它是由以下重量百分比的物质组成： TiB23%-8%、NdB6 1. 2%-L 5%、镍粉 0? 4%-0. 7%、铬粉 1%-2%、氧化锌 1%-3%、锰粉 3%-3. 5%、铌粉 0. 2%-0. 4%、氧化铝1%-3%、钥粉2%-4%，余量为钛粉。
2. 根据权利要求1所述的一种增强钛基粉末冶金复合材料，其特征在于由以下重量 百分比的物质组成：TiB24%-7%、NdB6 1. 3%-1. 4%、镍粉0. 5%-0. 6%、铬粉1. 2%-1. 8%、氧化锌 1. 5%-2. 5%、锰粉 3. 1%-3. 4%、铌粉 0? 25%-0. 35%、氧化铝 1. 5%-2. 5%、钥粉 2. 5%-3. 5%，余量为 钛粉。
3. 根据权利要求1所述的一种增强钛基粉末冶金复合材料，其特征在于由以下重量 百分比的物质组成：TiB25%、NdB6 1. 3%、镍粉0. 55%、铬粉1. 5%、氧化锌2%、锰粉3. 3%、铌粉 0. 3%、氧化铝2%、钥粉3%，余量为钛粉。
4. 一种如权利要求1至3任一项所述的增强钛基粉末冶金复合材料的制备方法，其特 征在于包括以下步骤： a:按照重量百分比称取镍粉、铬粉、氧化锌、锰粉、铌粉、氧化铝、钥粉和钛粉，然后于 60-85°C下干燥3-4小时； b :按照重量百分比称取TiB2和NdB6，然后与步骤a中干燥后的组分混合均匀，在冲击 能量与混合粉末重量之比为（180-240J) : (l-2g)，冲击速度为5. 6-6. 8m/s的条件下压制生 坯； c、再于900-1250°C条件下烧结3-5小时，冷却后即得增强钛基粉末冶金复合材料，其 中升温速率为180-220°C /min。
5. 根据权利要求4所述的一种增强钛基粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于步 骤b中所述的冲击能量与混合粉末重量之比为220J :1. 5g。
6. 根据权利要求4所述的一种增强钛基粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于步 骤b中所述的冲击速度为6. 5m/s。
【文档编号】C22C14/00GK104384498SQ201410587450
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】刘莉, 王爽, 邱晶, 刘晓东, 黄明明 申请人:苏州莱特复合材料有限公司