一种钛基复合材料及其制备方法与流程

本申请涉及复合材料，尤其涉及一种钛基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，金属增材制造技术在航空航天领域的应用越来越广泛，在复杂精密构件的制备成形、缩短生产周期，降低零件成本等方面具有独特的优势。然而，金属增材制造具有快速非平衡凝固、固态相变等冶金过程，复杂多变的微观组织导致增材制造成形的钛合金在抗拉强度上有所提高，但是塑韧性却下降很多，难以满足实际的应用要求。

技术实现思路

1、本申请的主要目的是提供一种钛基复合材料及其制备方法，旨在解决现有增材制造成形的钛基复合材料塑韧性不足的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本申请实施例提出了：一种钛基复合材料，所述钛基复合材料通过将95wt％～99.5wt％钛合金基体和0.5wt％～5wt％添加剂混合后，进行激光熔化沉积工艺制备获得；

3、所述硬质陶瓷相在激光熔化沉积过程中钛合金基体与添加剂反应原位生成，体积分数为1vol.％～10vol.％。

4、作为本申请一些可选实施方式，所述硬质陶瓷相包括tib、tic、稀土氧化物中的至少一种。

5、作为本申请一些可选实施方式，所述硬质陶瓷相为tib时，所述硬质陶瓷相的体积分数为≤8vol.％。

6、作为本申请一些可选实施方式，所述硬质陶瓷相为tic时，所述硬质陶瓷相的体积分数为≤2.5vol.％。

7、作为本申请一些可选实施方式，所述硬质陶瓷相为稀土氧化物时，所述稀土氧化物包括er2o3和la2o3中至少一种；所述硬质陶瓷相的体积分数为≤0.5vol.％。

8、作为本申请一些可选实施方式，所述钛合金基体包括ti1023、ti55531、ti5321和tc11中的至少一种。

9、作为本申请一些可选实施方式，所述添加剂包括b4c、tib2、石墨粉、lab6和er粉中的至少一种。

10、作为本申请一些可选实施方式，所述钛基复合材料在室温下的屈服强度为1090mpa～1349mpa，抗拉强度为1250mpa～1460mpa，延伸率为9.3％～11.7％。

11、为解决上述技术问题，本申请实施例还提出了：一种如上所述钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

12、将钛合金基体、添加剂混合后，获得混合粉末；

13、将所述混合粉末进行激光熔化沉积处理，获得钛基复合材料。

14、作为本申请一些可选实施方式，所述将钛合金基体、添加剂混合后，获得混合粉末，包括：

15、将钛合金基体、添加剂混合后，采用行星球磨方式进行混匀处理；其中，在进行混匀处理时，球料比为5:1，转速200rpm，混合时间3小时～6小时。

16、作为本申请一些可选实施方式，所述混匀处理时，大球与小球的质量比为1:1～3:1。

17、作为本申请一些可选实施方式，所述激光熔化沉积处理的参数包括：激光功率为1kw～3kw，扫描速度为400mm/min～900mm/min，层厚0.5mm～1mm，扫描间距1.2mm～2mm，氧浓度低于20ppm，送粉速度为1r/min，采用s形的扫描策略。

18、与现有技术相比，本申请所述钛基复合材料通过将95wt％～99.5wt％钛合金基体和0.5wt％～5wt％添加剂混合后，进行激光熔化沉积工艺制备获得；所述硬质陶瓷相在激光熔化沉积过程中钛合金基体与添加剂反应原位生成，体积分数为1vol.％～10vol.％。基于对以往的复合材料研究，本申请发现，在增材制造钛合金中引入硬质陶瓷相，有利于破坏原始β柱状晶，促进原始β晶粒等轴化。然而当增强体含量达到一定程度后，例如当b元素的含量超过0.1wt％后，原位自生反应ti+b→tib放热以及b元素引起成分过冷，将导致对于原始β晶的等轴化作用减弱，进一步增加含量还会导致增强体富集在晶界，从而导致材料塑韧性急剧下降；因此本申请所述钛基复合材料中原位自生的硬质陶瓷相的体积分数为1vol.％～10vol.％，从而保证在破坏原始β柱状晶，促进原始β晶粒等轴化的同时，不会造成增强体富集在晶界而导致材料塑韧性急剧下降，从而在提高钛基体复合材料强度的同时保证了复合材料的塑韧性，以更好地满足应用需求。

技术特征：

1.一种钛基复合材料，其特征在于，所述钛基复合材料通过将95wt％～99.5wt％钛合金基体和0.5wt％～5wt％添加剂混合后，进行激光熔化沉积工艺制备获得；

2.根据权利要求1所述钛基复合材料，其特征在于，所述硬质陶瓷相包括tib、tic、稀土氧化物中的至少一种。

3.根据权利要求2所述钛基复合材料，其特征在于，所述硬质陶瓷相为tib时，所述硬质陶瓷相的体积分数为≤8vol.％。

4.根据权利要求2所述钛基复合材料，其特征在于，所述硬质陶瓷相为tic时，所述硬质陶瓷相的体积分数为≤2.5vol.％。

5.根据权利要求2所述钛基复合材料，其特征在于，所述硬质陶瓷相为稀土氧化物时，所述稀土氧化物包括er2o3和la2o3中至少一种；所述硬质陶瓷相的体积分数为≤0.5vol.％。

6.根据权利要求1所述钛基复合材料，其特征在于，所述钛合金基体包括ti1023、ti55531、ti5321和tc11中的至少一种。

7.根据权利要求1所述钛基复合材料，其特征在于，所述添加剂包括b4c、tib2、石墨粉、lab6和er粉中的至少一种。

8.根据权利要求1～7任一项所述钛基复合材料，其特征在于，所述钛基复合材料在室温下的屈服强度为1090mpa～1349mpa，抗拉强度为1250mpa～1460mpa，延伸率为9.3％～11.7％。

9.一种如权利要求1～7任一项所述钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述将钛合金基体、添加剂混合后，获得混合粉末，包括：

11.根据权利要求10所述钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述混匀处理时，大球与小球的质量比为1:1～3:1。

12.根据权利要求9所述钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述激光熔化沉积处理的参数包括：激光功率为1kw～3kw，扫描速度为400mm/min～900mm/min，层厚0.5～1mm，扫描间距1.2mm～2mm，氧浓度低于20ppm，送粉速度为1r/min，采用s形的扫描策略。

技术总结本申请公开了一种钛基复合材料及其制备方法，涉及复合材料技术领域，旨在解决现有增材制造成形的钛基复合材料塑韧性不足的技术问题；所述钛基复合材料通过将95wt％～99.5wt％钛合金基体和0.5wt％～5wt％添加剂混合后，进行激光熔化沉积工艺制备获得；所述硬质陶瓷相在激光熔化沉积过程中钛合金基体与添加剂反应原位生成，体积分数为1vol.％～10vol.％。技术研发人员：王晓燕,荣鹏,门向南,成靖,方欣,陈勇,易涛受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2