一种钛合金复合材料的制备方法与流程

本发明属于钛合金材料制造，涉及一种钛合金复合材料的制备方法。

背景技术：

1、钛基复合材料(tmcs)因具有高强度、高刚度及高弹性模量等优异性能，早已作为超高音速宇航飞行器和下一代先进航空发动机的候选材料而进行了大量的研究。tmcs可以分为两大类:连续纤维增强钛基复合材料(ftmcs)和非连续颗粒(晶须)增强钛基复合材料(ptmcs)。开始对tmcs的研究工作主要集中在ftmcs(尤其是sic纤维增强钛基复合材料)，并取得了较大进展，但昂贵的连续纤维、复杂的制备过程及性能上的各向异性，使它难以推广应用，只限于生产航空发动机、飞机骨架等主要部件。与ftmcs相比，ptmcs具有制备工艺简单、成本低、无各向异性等优点，成为新的研究热点和趋势。

2、ptmcs主要增强相为碳化物、硼化物或其他硬度高、熔点高的材料，比如tib、tic等。制备方法有熔铸法、机械合金化法、高温自蔓延合成法、粉末冶金法。目前采用熔铸法是ptmcs材料主要的制备方式，采用熔铸法制备ptmcs时，其生成增强相的生成通常是直接添加粉末与海绵钛、中间合金等进行混合进行熔炼，但也存在以下问题：(1)粉末比较细，在混料过程中容易飘散，导致合金中增强相的体积分数较理论值偏差，无法实现精准控制；(2)粉末在较为潮湿的环境下，容易团聚，因此导致增强相的分布不够均匀；(3)添加粉末较多，导致制备电极块是电极块的结合力比较差，熔炼过程中易出现掉块的问题，导致合金成分不均匀。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种钛合金复合材料的制备方法，先采用粉末冶金的方式制备tib增强相基体，再将制备的增强相基体加工为屑状，以屑状形式加入到制备钛合金的电极中，再采用真空自耗的熔炼方式进行熔炼，解决了直接添加tib2粉末或b粉进行真空自耗熔炼时添加粉末损失，以及制备含量较多增强相时，粉末添加过多、自耗电极结合强度较差、容易散开的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种钛合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、选用ti粉与tib2粉按照1:1的比例进行称重混合后得到混合粉末；

5、s2、采用等静压将s1得到的混合粉末压制为块状的增强相坯料；

6、s3、将s2中的增强相坯料在真空条件下进行烧结，得到增强相坯料，再采用车床加工为增强相屑料；

7、s4、将增强相屑料以及选用的海绵钛、中间合金进行混料，并使用压力机压制成电极块；

8、s5、将电极块组焊为条状电极，并在真空自耗电弧炉内进行熔炼，得到成品铸锭。

9、进一步地，所述s3具体为：先以5～10℃/min的升温速率升温至800～900℃，保温1h，再以8～15℃/min的升温速率升温至1100～1200℃，保温1h，最后以8～15℃/min的升温速率升温至1600～1650℃，保温1h，炉冷至室温出炉。

10、进一步地，所述s3中增强相屑料的长和宽均≤3mm。

11、进一步地，所述s5中的组焊为真空等离子焊或氩气保护等离子焊。

12、进一步地，所述s5中在真空自耗电弧炉内进行熔炼的具体方式如下：

13、s51、制得的条状电极作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行熔炼，获得一次锭，熔炼电流4～10ka，熔炼电压控制在24～33v；

14、s52、获得的一次锭作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行二次熔炼获得二次锭，熔炼电流5～11ka，熔炼电压控制在25～34v；

15、s53、获得的二次锭作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行三次熔炼获得三次锭，熔炼完成后铸锭冷却到400℃以下出炉，熔炼电流6～12ka，熔炼电压控制在26～38v。

16、进一步地，对所述s5中的成品铸锭进行扒皮、探伤、锯切冒口，得到钛合金复合材料。

17、进一步地，所述s4中的中间合金为铝钒合金、铝钼合金、铝硅合金、铌钛合金、铝豆中的至少一种。

18、进一步地，所述s4中混料重量为800-1000kg。

19、进一步地，对所述s5中的成品铸锭进行扒皮、探伤、锯切冒口的过程具体为：用车床平头及扒皮后，进行超声波探伤确定铸锭冒口位置并锯切冒口。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、一种钛合金复合材料的制备方法，先采用粉末冶金的方式制备tib增强相基体，再将制备的增强相基体加工为屑状，以屑状形式加入到制备钛合金的电极中，再采用真空自耗的熔炼方式进行熔炼，解决了直接添加tib2粉末或b粉进行真空自耗熔炼时添加粉末损失，以及制备含量较多增强相时，粉末添加过多、自耗电极结合强度较差、容易散开的问题。

22、本发明中，通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述s3具体为：先以5～10℃/min的升温速率升温至800～900℃，保温1h，再以8～15℃/min的升温速率升温至1100～1200℃，保温1h，最后以8～15℃/min的升温速率升温至1600～1650℃，保温1h，炉冷至室温出炉。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述s3中增强相屑料的长和宽均≤3mm。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述s5中的组焊为真空等离子焊或氩气保护等离子焊。

5.根据权利要求1所述的一种钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述s5中在真空自耗电弧炉内进行熔炼的具体方式如下：

6.根据权利要求1所述的一种钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，对所述s5中的成品铸锭进行扒皮、探伤、锯切冒口，得到钛合金复合材料。

7.根据权利要求1所述的一种钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述s4中的中间合金为铝钒合金、铝钼合金、铝硅合金、铌钛合金、铝豆中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述s4中混料重量为800-1000kg。

9.根据权利要求6所述的一种钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，对所述s5中的成品铸锭进行扒皮、探伤、锯切冒口的过程具体为：用车床平头及扒皮后，进行超声波探伤确定铸锭冒口位置并锯切冒口。

技术总结
本发明涉及一种钛合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、选用Ti粉与TiB<subgt;2</subgt;粉按照1:1的比例进行称重混合后得到混合粉末；S2、采用等静压将S1得到的混合粉末压制为块状的增强相坯料；S3、将S2中的增强相坯料在真空条件下进行烧结，得到增强相坯料，再采用车床加工为增强相屑料；S4、将增强相屑料以及选用的海绵钛、中间合金进行混料，并使用压力机压制成电极块；S5、将电极块组焊为条状电极，并在真空自耗电弧炉内进行熔炼，得到成品铸锭。该装置解决了直接添加TiB<subgt;2</subgt;粉末或B粉进行真空自耗熔炼时添加粉末损失，以及制备含量较多增强相时，粉末添加过多、自耗电极结合强度较差、容易散开的问题。

技术研发人员：薛祥义,张晨辉,卫娜,张利军,吴天栋
受保护的技术使用者：西安超晶科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12