CN109321773A - 一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109321773A
CN109321773A CN201811446005.1A CN201811446005A CN109321773A CN 109321773 A CN109321773 A CN 109321773A CN 201811446005 A CN201811446005 A CN 201811446005A CN 109321773 A CN109321773 A CN 109321773A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
ti6al4v
composite material
powder
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811446005.1A
Other languages
English (en)
Inventor
王伟
王庆娟
刘世锋
王快社
周海雄
邹武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN201811446005.1A priority Critical patent/CN109321773A/zh
Publication of CN109321773A publication Critical patent/CN109321773A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法，制备方法步骤如下：S1.将秤取的石墨烯和Ti6Al4V预合金粉进行球磨；S2.将球磨后的混合粉装入高强石墨模具中，将石墨模具放入放电等离子烧结设备中；S3.对模具中的混合粉体进行放电等离子烧结；S4.烧结完毕后，烧结样品炉冷至室温，取出样品。这种制备方法提供了一种简单、有效的石墨烯/Ti6Al4V复合材料制备方法，获得轻质、高比强度的新型复合材料。

Description

一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制造领域，具体涉及一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法。
背景技术
Ti6Al4V合金是一种典型的α+β型钛合金，具有密度小、比强度高、耐腐蚀、高温性能稳定等特性而被广泛应用于航空航天、机械制造以及生物医学等领域，是重要的工程结构材料之一。Ti6Al4V合金使用量占钛合金总数的75％以上，但铸态Ti-6Al-4V合金的显微组织为粗大原始β晶粒中存在大量互相平行片层α相，易形成脆性面，导致其塑性低，冲击韧性差，只能采用大变形锻造手段改善其组织结构，使得钛合金零部件制造成本增加。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末进行球磨混粉，使石墨烯与Ti6Al4V预合金粉末充分混合，并且使得到的混合粉料的粒径在30μm-50μm之间；其中，以质量百分比计，石墨烯的含量为石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末总质量的0.2％-5％；
步骤2，将步骤1球磨混粉得到的混合粉料进行放电等离子烧结，放电等离子烧结时，在烧结压力为30Mpa～50Mpa下，自室温起以升温速率为50℃/min～100℃/min，升温至950℃～1300℃，然后保温10min～20min；烧结完毕后，得到石墨烯/Ti6Al4V复合材料。
所述步骤1中，球磨混粉时，球料比为(3～10):1，转速为300r/min～500r/min，时间为12h～30h。
所述石墨烯为3-5层的多层石墨烯。
Ti6Al4V预合金粉末的粒度为45-180μm。
一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料，通过上述制备方法制得。
本发明具有如下有益效果：
本发明石墨烯/Ti6Al4V复合材料的制备方法先将石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末进行球磨混粉，使石墨烯与Ti6Al4V预合金粉末充分混合，并且使得到的混合粉料的粒径在30μm-50μm之间；其中，以质量百分比计，石墨烯的含量为石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末总质量的0.2％-5％，再球磨混粉得到的混合粉料进行放电等离子烧结，放电等离子烧结时，在烧结压力为30Mpa～50Mpa下，自室温起以升温速率为50℃/min～100℃/min，升温至950℃～1300℃，然后保温10min～20min；烧结完毕后，得到石墨烯/Ti6Al4V复合材料，综上，本发明采用粉末冶金的方法将石墨烯与Ti6Al4V预合金粉混合，通过合理的烧结工艺，其制备过程简便，工艺流程短，成本低，通过本发明制备的制备方法，能够使石墨烯能均匀的分散在基体中，使制备出的石墨烯/Ti6Al4V复合材料的晶粒尺寸减小，强度和塑性提高，压缩强度为1637-1808MPa，延伸率为21.4-32.9％。综上，本发明所制备的石墨烯/Ti6Al4V复合材料具有良好的力学性能。
由上述本发明石墨烯/Ti6Al4V复合材料的制备方法的有益效果可知，本发明的石墨烯/Ti6Al4V复合材料中，石墨烯能均匀的分散在基体中，使得材料的质量稳定，性能良好。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的石墨烯/Ti6Al4V复合材料显微组织SEM照片。
图2为本发明实施例2制备得到的石墨烯/Ti6Al4V复合材料显微组织SEM照片。
图3为本发明实施例3制备得到的石墨烯/Ti6Al4V复合材料显微组织SEM照片。
图4为本发明实施例4制备得到的石墨烯/Ti6Al4V复合材料显微组织SEM照片。
图5为本发明实施例1-实施例4获得的石墨烯/Ti6Al4V复合材料的室温压缩真应力应变曲线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更清楚的理解本发明中的技术方案，下面给出的实例是对本发明做具体阐述，需要指出的是以下实例只适用于对本发明进一步说明。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分，不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明石墨烯/Ti6Al4V复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.对真空手套箱通氩气，在真空手套箱中秤取石墨烯和和Ti6Al4V预合金粉末，以质量百分比计，石墨烯的含量为石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末总质量的0.2％-5％，秤取过程手套箱内始终保持氩气气氛状态；石墨烯为3-5层的多层石墨烯，Ti6Al4V预合金粉末的粒度为45-180μm；
S2.将秤取好的粉末和磨球一起放入球磨罐中，球料比为(3～10)：1，然后将球磨罐放入真空套中抽真空，再将真空套固定在球磨机上，以转速为300～500r/min球磨12～30h；使石墨烯与Ti6Al4V预合金粉末充分混合，并且使得到的混合粉料的粒径在30μm-50μm之间；
S3.将S2球磨得到的混合粉末放入铺有石墨纸的石墨模具中，然后将装有混合粉末的石墨模具放入放电等离子设备中；
S4.等离子烧结设备进行抽真空并且开始对石墨模具两端加压，然后自室温开始加热，加热过程中石墨模具两端始终保持30～50Mpa的压力，升温速率为50～100℃/min，加热至950～1300℃，然后保温10～20min；
S5.烧结完毕后，待烧结试样冷却至室温，取出样品，即得到本发明的石墨烯/Ti6Al4V复合材料。
实施例1
按以质量百分比计，石墨烯的含量为石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末总质量的0.2％，在氩气气氛状态的手套箱中秤取石墨烯与Ti6Al4V预合金粉。将称量好的粉末放入球磨机中进行球磨混粉，球磨条件为：处于真空状态，球料比10：1，转速300r/min，球磨时间20h。将球磨后的混合粉末在放电等离子设备中烧结，其中升温速率为50℃/min，烧结压力50Mpa，烧结温度1200℃，保温时间15min，烧结完毕后，待烧结试样冷却至室温，取出样品，即得到本实施例的石墨烯/Ti6Al4V复合材料。如图1所示，石墨烯分布在晶界处，平均晶粒尺寸为80μm。如图5所示，通过室温压缩实验材料的屈服强度为1211MPa，压缩强度为1758MPa，延伸率为32.9％。
实施例2
按以质量百分比计，石墨烯的含量为石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末总质量的0.6％，在氩气气氛状态的手套箱中秤取石墨烯与Ti6Al4V预合金粉。将称量好的粉末放入球磨机中进行球磨混粉，球磨条件为：处于真空状态，球料比3：1，转速500r/min，球磨时间12h。将球磨后的混合粉末在放电等离子设备中烧结，其中升温速率为100℃/min，烧结压力30Mpa，烧结温度950℃，保温时间10min，烧结完毕后，待烧结试样冷却至室温，取出样品，即得到本实施例的石墨烯/Ti6Al4V复合材料。如图2所示，石墨烯分布在晶界处，平均晶粒尺寸为68μm。如图5所示，通过室温压缩实验材料的屈服强度为1014MPa，压缩强度为1637MPa，延伸率为30％。
实施例3
按以质量百分比计，石墨烯的含量为石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末总质量的1％，在氩气气氛状态的手套箱中秤取石墨烯与Ti6Al4V预合金粉。将称量好的粉末放入球磨机中进行球磨混粉，球磨条件为：处于真空状态，球料比8：1，转速400r/min，球磨时间30h。将球磨后的混合粉末在放电等离子设备中烧结，其中升温速率为80℃/min，烧结压力40Mpa，烧结温度1300℃，保温时间20min，烧结完毕后，待烧结试样冷却至室温，取出样品，即得到本实施例的石墨烯/Ti6Al4V复合材料。如图3所示，石墨烯分布在晶界处，平均晶粒尺寸为65μm。如图5所示，通过室温压缩实验材料的屈服强度为1121MPa，压缩强度为1808MPa，延伸率为28.1％。
实施例4
按以质量百分比计，石墨烯的含量为石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末总质量的5％，在氩气气氛状态的手套箱中秤取石墨烯与Ti6Al4V预合金粉。将称量好的粉末放入球磨机中进行球磨混粉，球磨条件为：处于真空状态，球料比10：1，转速300r/min，球磨时间16h。将球磨后的混合粉末在放电等离子设备中烧结，其中升温速率为100℃/min，烧结压力50Mpa，烧结温度1300℃，保温时间10min，烧结完毕后，待烧结试样冷却至室温，取出样品，即得到本实施例的石墨烯/Ti6Al4V复合材料。如图4所示，石墨烯分布在晶界处，平均晶粒尺寸为63μm。如图5所示，通过室温压缩实验材料的屈服强度为1268MPa，压缩强度为1736MPa，延伸率为21.4％。
由压缩应力应变曲线可以看出：添加石墨烯的复合材料强度和塑性都有提升，从扫描照片中可以观察到，石墨烯添加可以减小晶粒尺寸，随着添加含量的增加，晶粒尺寸越小。

Claims (6)

1.一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末进行球磨混粉，使石墨烯与Ti6Al4V预合金粉末充分混合，并且使得到的混合粉料的粒径在30μm-50μm之间；其中，以质量百分比计，石墨烯的含量为石墨烯和Ti6Al4V预合金粉末总质量的0.2％-5％；
步骤2，将步骤1球磨混粉得到的混合粉料进行放电等离子烧结，放电等离子烧结时，在烧结压力为30Mpa～50Mpa下，自室温起以升温速率为50℃/min～100℃/min，升温至950℃～1300℃，然后保温10min～20min；烧结完毕后，得到石墨烯/Ti6Al4V复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，球磨混粉时，球料比为(3～10):1，转速为300r/min～500r/min，时间为12h～30h。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为3-5层的多层石墨烯。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料的制备方法，其特征在于，Ti6Al4V预合金粉末的粒度为45μm～180μm。
5.一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料，其特征在于，通过权利要求1-4任意一项所述的制备方法制得。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料，其特征在于，石墨烯/Ti6Al4V复合材料的压缩强度为1637MPa～1808MPa，延伸率为21.4％～32.9％。
CN201811446005.1A 2018-11-29 2018-11-29 一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法 Pending CN109321773A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811446005.1A CN109321773A (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811446005.1A CN109321773A (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109321773A true CN109321773A (zh) 2019-02-12

Family

ID=65258077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811446005.1A Pending CN109321773A (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109321773A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110157933A (zh) * 2019-06-25 2019-08-23 西安建筑科技大学 一种高强耐磨无取向石墨烯/Ti2AlNb复合材料的制备方法
CN115807179A (zh) * 2021-09-14 2023-03-17 中国石油天然气股份有限公司 一种钛石墨烯复合材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104561629A (zh) * 2015-01-20 2015-04-29 哈尔滨工业大学 添加石墨烯改善TiAl合金性能的方法
CN104831100A (zh) * 2015-05-04 2015-08-12 北京航空航天大学 一种放电等离子(sps)烧结制备石墨烯增强金属基复合材料的方法
CN106623899A (zh) * 2016-12-19 2017-05-10 西安欧中材料科技有限公司 一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法
CN107557612A (zh) * 2017-07-27 2018-01-09 中国航发北京航空材料研究院 一种石墨烯增强钛基纳米复合材料及制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104561629A (zh) * 2015-01-20 2015-04-29 哈尔滨工业大学 添加石墨烯改善TiAl合金性能的方法
CN104831100A (zh) * 2015-05-04 2015-08-12 北京航空航天大学 一种放电等离子(sps)烧结制备石墨烯增强金属基复合材料的方法
CN106623899A (zh) * 2016-12-19 2017-05-10 西安欧中材料科技有限公司 一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法
CN107557612A (zh) * 2017-07-27 2018-01-09 中国航发北京航空材料研究院 一种石墨烯增强钛基纳米复合材料及制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张茜: "石墨烯对粉末冶金TiAl合金组织性能的影响", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
王伟等: "石墨烯增强钛基复合材料的摩擦学性能研究", 《兵器材料科学与工程》 *
罗军明等: "石墨烯-Cu/Ti6Al4V复合材料的制备及力学性能", 《中国有色金属学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110157933A (zh) * 2019-06-25 2019-08-23 西安建筑科技大学 一种高强耐磨无取向石墨烯/Ti2AlNb复合材料的制备方法
CN110157933B (zh) * 2019-06-25 2020-11-06 西安建筑科技大学 一种高强耐磨无取向石墨烯/Ti2AlNb复合材料的制备方法
CN115807179A (zh) * 2021-09-14 2023-03-17 中国石油天然气股份有限公司 一种钛石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN115807179B (zh) * 2021-09-14 2024-04-26 中国石油天然气股份有限公司 一种钛石墨烯复合材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105714139B (zh) 铜-石墨烯复合材料及其制备方法
CN104313380B (zh) 一种分步烧结制备高致密度纳米晶硬质合金的方法
CN103170616B (zh) 一种钼铜合金箔片及其制备方法
CN110273092A (zh) 一种CoCrNi颗粒增强镁基复合材料及其制备方法
GB2605890A (en) Rolled (feconicrrn/al)-2024al composite board and preparation method therefor
CN110273078A (zh) 一种磁性(FeCoNi1.5CuBmREn)P/Al复合材料及其制备方法
CN105925869A (zh) 一种低密度高熵合金材料及其制备方法
CN112143924B (zh) 一种用于腐蚀环境的多尺度高强高熵合金材料的制备方法
CN108559866A (zh) 一种高强度高导电率Cu-Ti合金及其制备方法
CN114525438B (zh) 钨铜复合材料及其制备方法
CN103572084A (zh) 一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法
CN114645180B (zh) 一种双相增强铝合金及其制备方法
CN104388789A (zh) 一种纳米结构钨-碳化锆合金及其制备方法
CN101942591A (zh) 一种快速制备钼铜合金的方法
CN109321773A (zh) 一种石墨烯/Ti6Al4V复合材料及其制备方法
CN111304479A (zh) 一种VCrNbMoW难熔高熵合金制备方法
CN104051102A (zh) 一种稀土永磁体及其制备方法
Tabie et al. Microstructure and mechanical properties of particle reinforced high-temperature titanium composites
CN113373338A (zh) 一种高导热性能的石墨烯增强铜基复合材料的制备方法
CN107937753A (zh) 一种具有双峰分布特征的TiAl混晶结构合金及制法
CN107916380A (zh) 碳纤维增强钛基复合材料及其制备方法
CN109719298B (zh) 一种具有核壳结构的TiAl基合金材料及其制备方法
CN103551583A (zh) 一种Mg-Ti合金粉末的制备方法
CN103658662B (zh) 粉末烧结熔渗法制备互不固溶金属层状复合材料的工艺
CN110394449A (zh) 一种四元max相增强镍基高温抗氧化复合材料及其合成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190212

RJ01 Rejection of invention patent application after publication