CN1151296C - TiB和稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
TiB和稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法属于材料科学领域。方法具体为：(1)称取海绵钛、氧化硼、稀土和合金化元素，其中氧化硼与稀土元素的摩尔比值为1∶2，氧化硼含量为0.2～6%，稀土含量为0.82～28%；(2)将海绵钛、反应物和合金化元素混料，自耗电弧熔炼先压成电极，放入非自耗电弧炉或自耗电弧炉中；(3)抽真空，真空度控制在1×10-2Pa～1×10-3Pa之间，加电压调整电流熔炼，熔炼次数大于或等于三次；(4)经凝固，制得原位自生钛基复合材料。本发明具有实质性特点和显著进步，在不改变设备和工艺流程的情况下简洁、低成本制备高性能的钛基复合材料，可以通过调整增强体含量及基体合金成分制备不同性能的复合材料。
Description
技术领域：本发明涉及的是一种复合材料的制备方法，特别是一种TiB和稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法，属于材料科学领域。
背景技术：复合材料加工方法可以简单地分为两类：外加法和原位合成法，外加法是将TiC等增强颗粒通过预制件浸渗等技术人为地加入到钛合金中，这使得它们在基体合金中的均匀分布成为一个巨大的技术难题，不均匀的增强体分布显著降低了复合材料的整体性能，而且在钛合金中人为加入颗粒增强体，需要采用特殊的设备和复合工艺，又因钛合金的熔点高，传统的外加法在制备钛合金复合材料时尤其困难，不能从根本上解决增强体的均匀分布、增强体与基体完整结合等许多难题，复合材料的生产成本较高。经文献检索发现，S.Ranganath在《J.Mater.Sci.》(《材料科学》)，1997，32(1)：P1-16撰文“A review onparticulate-reinforced titanium matrix composites(颗粒增强钛基复合材料综述)”，该文献提出，近来原位合成工艺已广泛应用于制备钛基复合材料，所谓原位合成工艺即在作为原料的钛合金中加入某些反应物，使之在熔炼时与钛合金发生一定的化学反应，从而在合金中原位生成需要的增强体。增强体的原位合成避免了外加增强体的污染和增强体与基体反应问题，也避免了熔铸过程中存在的陶瓷颗粒与基体合金的润湿性问题，反应生成的增强体在合金中的分布非常均匀，与外加法制备复合材料比较，原位合成的复合材料性能较好，并且原位自生复合技术具有高效、一定的自动化、精密的成分和组织控制，以及降低能耗和节约资源等特点，是一种先进的材料制备技术，但是，先前的原位合成工艺是经过机械合金化、反应粉末冶金、燃烧辅助合成工艺等制备的，虽然可以合成所需的钛基复合材料，但是需要采用一些特殊的设备，不仅提高了成本，使加工工艺复杂，并且利用上述工艺很难实现产业化生产。
发明内容和具体实施方式：本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种TiB和稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法，不需要添加任何特殊的工艺设备，有效地解决了传统复合材料的高成本问题，可以简捷、低成本制备出新型钛合金复合材料，并且该方法适宜大批量的工业生产，从而满足对高性能钛材料的迫切需求。本发明方法具体如下：
(1)称取海绵钛、反应物(氧化硼、稀土)和合金化元素，其中氧化硼与稀土元素的摩尔比值为1∶2，氧化硼含量为0.2～6％，稀土含量为0.82～28％；
(2)将海绵钛、反应物和合金化元素混料，压成电极(对于自耗电弧熔炼)，放入非自耗电弧炉或自耗电弧炉中；
(3)抽真空，真空度控制在1×10-2Pa～1×10-3Pa之间，加电压调整电流熔炼，为保持成分的均匀性，熔炼次数大于或等于三次；
(4)经凝固，制得原位自生钛基复合材料。
增强体的体积分数＜30％，合金元素的含量根据所需的性能要求调整合金化元素成分及合金化元素的配比。
本发明具有实质性特点和显著进步，在不改变设备和工艺流程的情况下简洁、低成本制备高性能的钛基复合材料，并且可以通过调整不同的增强体含量及基体合金成分制备不同性能的复合材料以满足不同需求，同时该复合材料的开发有利于促进我国富有的稀土资源的综合利用。
结合本发明的内容提供以下三个实施例：
实施例1：制取1％(TiB+Nd2O3)/Ti复合材料。按照配比称取海绵钛、氧化硼(0.2％)、稀土钕(0.82％)，混合，将原料放入非自耗电弧炉中，对非自耗电弧炉抽真空，真空度为1×10-3Pa，然后利用非自耗电弧炉熔炼，样品熔炼三次，经凝固后就获得所要求的复合材料。
实施例2：制取15％(TiB+Y2O3)/Ti复合材料。按照配比称取海绵钛、氧化硼(3.1％)、稀土钇(7.9％)，混合，将原料放入非自耗电弧炉中，对非自耗电弧炉抽真空，真空度为1×10-2Pa，然后利用非自耗电弧炉熔炼，样品熔炼四次，经凝固后就获得所要求的复合材料。
实施例3：制取29％(TiB+Y2O3)/Ti-8％Al复合材料。按照配比称取海绵钛、合金化元素铝(8％)、氧化硼(5.95％)、稀土钇(15.2％)，混合，将原料放入非自耗电弧炉中，对非自耗电弧炉抽真空，真空度为5×10-3Pa，然后利用非自耗电弧炉熔炼，样品熔炼三次，经凝固后就获得所要求的复合材料。
Claims (1)
1、一种TiB和稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于方法具体如下：
(1)称取海绵钛、氧化硼、稀土和合金化元素，其中氧化硼与稀土元素的摩尔比值为1∶2，氧化硼含量为0.2～6％，稀土含量为0.82～28％；
(2)将海绵钛、反应物和合金化元素混料，自耗电弧熔炼先压成电极，放入非自耗电弧炉或自耗电弧炉中；
(3)抽真空，真空度控制在1×10-2Pa～1×10-3Pa之间，加电压调整电流熔炼，熔炼次数大于或等于三次；
(4)经凝固，制得原位自生钛基复合材料。
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