專利名稱：原位自生稀土氧化物增強鈦硅合金復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種原位自生稀土氧化物增強鈦硅合 金復(fù)合材料。
二背景技術(shù)：
鈦基復(fù)合材料具有高比強度、高比剛度、耐高溫、耐腐蝕以及極佳的抗疲 勞和蠕變性能等優(yōu)點，可應(yīng)用于航空航天、汽車、生物醫(yī)學、電子等軍用和民
用領(lǐng)域。Ti-Si共晶系合金熔點低、結(jié)晶區(qū)間小、流動性好，可彌補傳統(tǒng)鑄造鈦 合金的熔點高、耗能多、結(jié)晶區(qū)間寬、鑄件易形成疏松或縮孔等缺陷，其合金 中的TisSi3相是難熔金屬間化合物，它具有復(fù)雜的D8s六方結(jié)構(gòu)，性質(zhì)類似于陶 瓷，熔點高、硬度大、密度低，可顯著提高合金的強度，尤其是高溫性能。鈦 硅共晶合金既有陶瓷材料的熱物理特性，又有優(yōu)于陶瓷的耐沖擊特點，這一合 金體系可望制備出高強度、耐熱、抗裂等性能優(yōu)良的合金材料。采用傳統(tǒng)的外 加法在鈦合金基體中引入顆粒增強體可顯著提高其力學和抗氧化等性能，但傳 統(tǒng)的外加法存在增強體和基體相容性不好，結(jié)合性不強，在高溫使用時，性能 容易退化等缺陷。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原位自生稀土氧化物增強鈦硅合金復(fù)合材料。該 復(fù)合材料的增強體和鈦基體相容性好，界面清晰，熱力學穩(wěn)定性好。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案達到上述目的原位自生稀土氧化物增強鈦硅合金復(fù)合材料，其原料組分及含量按重量百分比為
Ti 74. 40—88. 32 % ， Si 0. 614—5. 406 % ， Si02 2 . 2 1 3-5 . 5 32 % ， La 6.821-17.054%。
或其原料組分及含量按重量百分比為
Ti 74. 40-88. 32 % , Si 0. 696-5. 406 % ， Si02 2. 143-5 . 3 5 7 % ， Nd 6. 859-17. 147%。
或其原料組分及含量按重量百分比為
Ti 79. 05-90. 24 % ， Si 0. 602-5. 461 % , Si02 2. 395-5. 987 % ， Y
4. 725-11. 812%。
所述Ti、 Si、 Si02和稀土元素鑭、釹、釔純度在99.9%以上。 按所述原料組分及含量配比稱取原料，先用壓片機將Si02粉末封入海綿鈦
中以防止熔煉過程中Si02粉末的損失，然后采用常規(guī)真空非自耗電弧爐熔鑄成
合金錠，即得所述復(fù)合材料。
本發(fā)明的突出特點和有益效果在于
1、 所述復(fù)合材料的增強體和鈦基體相容性好，界面清晰，熱力學穩(wěn)定性好， 且增強體的含量能夠根據(jù)需要控制。
2、 所述復(fù)合材料與不引入稀土氧化物的鈦硅合金相比，其彈性模量和抗壓 強度分別提高5230-9280 MPa、 102-467 MPa,且加工性能良好。
四

圖1是本發(fā)明實施例1所述復(fù)合材料樣品的顯微組織金相照片。 圖2是本發(fā)明實施例2所述復(fù)合材料樣品的顯微組織金相照片。 圖3是本發(fā)明實施例3所述復(fù)合材料樣品的顯微組織金相照片。 圖4是本發(fā)明實施例4所述復(fù)合材料樣品的顯微組織金相照片。施例5所述復(fù)合材料樣品的顯微組織金相照片。
圖6是本發(fā)明實施例6所述復(fù)合材料樣品的顯微組織金相照片。
五具體實施例方式
實施例l
原料組分及含量按重量百分比為Ti 83.16， Si 3.288， La 10.232， Si02 3.32的用料配比稱取原料，先利用壓片機將Si02粉末封入海綿鈦中，然后利用 常規(guī)真空非自耗電弧爐制備得12 LaA/Ti-5. 5Si (wt%)合金復(fù)合材料樣品， 其原位生成LaA增強體的質(zhì)量分數(shù)為12 wt%。利用Instron8801型材料試驗 系統(tǒng)對規(guī)格為5mmX 5鵬X 10畫的樣品進行室溫壓縮性能測試，此原位自生12 wt %1^20:,增強Ti-5. 5Si(wt% )合金復(fù)合材料的彈性模量和抗壓強度分別為38900 MPa、 1921 MPa，在相同的測試條件下，與不引入LaA增強體的Ti-5. 5Si (wt % )合金的彈性模量31810 MPa和抗壓強度1454 MPa相比，分別提高了 7090 MPa、 467 MPa。圖1是此復(fù)合材料的顯微組織金相照片，圖中黑色顆粒為稀土氧化物 LaA增強體。
實施例2
原料組分及含量按重量百分比為Ti 79.38， Si 2.551， La 13.643， Si02 4.426的用料配比稱取原料，先利用壓片機將Si02粉末封入海綿鈦中，然后利 用常規(guī)真空非自耗電弧爐制備得16La203/Ti-5.5Si (wt%)合金復(fù)合材料樣品， 其原位生成LaA增強體的質(zhì)量分數(shù)為16 wt%。利用Instron8801型材料試驗 系統(tǒng)對規(guī)格為5mmX5mmX lOmra的樣品進行室溫壓縮性能測試，此原位自生16 wt XLaA增強Ti-5. 5Si(wt% )合金復(fù)合材料的彈性模量和抗壓強度分別為37180 MPa、 1749 MPa，在相同的測試條件下，與不引入La203增強體的Ti-5. 5Si (wt% )合金的彈性模量31810 MPa和抗壓強度1454 MPa相比，分別提高了 5370 MPa、 295 MPa。圖2是此復(fù)合材料的顯微組織金相照片，圖中黑色顆粒為稀土氧化物 La20:,增強體。 實施例3
原料組分及含量按重量百分比為Ti 84.6， Si 4.148， Nd 8.574， Si02 2.678的用料配比稱取原料，先利用壓片機將Si02粉末封入海綿鈦中，然后利 用常規(guī)真空非自耗電弧爐制備得IO Nd203/Ti-6Si (wt%)合金復(fù)合材料樣品， 其原位生成NdA增強體的質(zhì)量分數(shù)為10 wt%。利用Instron8801型材料試驗 系統(tǒng)對規(guī)格為5mmX 5mmX 10mm的樣品進行室溫壓縮性能測試，此原位自生10 wt %配203增強1^-6Si (wt%)合金復(fù)合材料的彈性模量和抗壓強度分別為38390 MPa、 1572 MPa，在相同的測試條件下，與不含NdA增強體的Ti-6Si (wt%) 合金的彈性模量29110 MPa和抗壓強度1436 MPa相比，分別了提高9280 MPa、 136MPa。圖3是此復(fù)合材料的顯微組織金相照片，圖中黑色顆粒為稀土氧化物 NdA增強體。
實施例4
原料組分及含量按重量百分比為Ti 78.96， Si 3.036， Nd 13.718， Si02 4.286的用料配比稱取原料，先利用壓片機將Si02粉末封入海綿鈦中，然后利 用常規(guī)真空非自耗電弧爐制備得16 Nd203/Ti-6Si (wt%)合金復(fù)合材料樣品， 其原位生成NdA增強體的質(zhì)量分數(shù)為16 wt%。利用Instron8801型材料試驗 系統(tǒng)對規(guī)格為5mmX 5mmX 10醒的樣品進行室溫壓縮性能測試，此原位自生16 wt ^NdA增強Ti-6Si (wt%)合金復(fù)合材料的彈性模量和抗壓強度分別為34340 MPa、 1607 MPa，在相同的測試條件下，與不含配203增強體的Ti-6Si (wt%) 合金的彈性模量29110 MPa和抗壓強度1436 MPa相比，分別提高了 5230 MPa、171MPa。圖4是此復(fù)合材料的顯微組織金相照片，圖中黑色顆粒為稀土氧化物 NdA增強體。 實施例5
原料組分及含量按重量百分比為:Ti 88. 35， Si 3. 344， Y 5. 512， Si02 2 . 794 的用料配比稱取原料，先利用壓片機將Si02粉末封入海綿鈦中，然后利用常規(guī) 真空非自耗電弧爐制備得7Y203/Ti-5Si (wt%)合金復(fù)合材料樣品，其原位生 成LaA增強體的質(zhì)量分數(shù)為7 wt%。用HV-10B型維氏硬度計測試合金硬度， 此原位自生7wt^YA增強Ti-5Si(wt% )合金復(fù)合材料的維氏硬度達到HV 476， 在相同的測試條件下，與不含Y203增強體的Ti-5Si (wt%)合金的維氏硬度HV 292相比，提高了HV 184。圖5是此復(fù)合材料的顯微組織金相照片，圖中黑色 顆粒為稀土氧化物Y20:,增強體。
實施例6
原料組分及含量按重量百分比為:Ti 85. 50， Si 2. 634， Y 7. 874， Si02 3 . 991 的用料配比稱取原料，先利用壓片機將Si02粉末封入海綿鈦中，然后利用常規(guī) 真空非自耗電弧爐制備得10 Y203/Ti-5Si (wt%)合金復(fù)合材料樣品，其原位 生成YA增強體的質(zhì)量分數(shù)為10wt%。用HV-10B型維氏硬度計測試合金硬度， 此原位自生10 wt5^Y20:,增強Ti-5Si (wt%)合金復(fù)合材料的維氏硬度達到HV 383，在相同的測試條件下，與不含YA增強體的Ti-5Si (wt^)合金的維氏硬 度HV 292相比，提高了HV91。圖6是此復(fù)合材料的顯微組織金相照片，圖中 黑色顆粒為稀土氧化物YA增強體。
權(quán)利要求
1、一種原位自生稀土氧化物增強鈦硅合金復(fù)合材料，其特征在于，其原料組分及含量按重量百分比為Ti 74.40-88.32％，Si 0.614-5.406％，SiO2 2.213-5.532％，La6.821-17.054％，或其原料組分及含量按重量百分比為Ti 74.40-88.32％，Si 0.696-5.406％，SiO2 2.143-5.357％，Nd6.859-17.147％，或其原料組分及含量按重量百分比為Ti 79.05-90.24％，Si 0.602-5.461％，SiO2 2.395-5.987％，Y4.725-11.812％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述原位自生稀土氧化物增強鈦硅合金復(fù)合材料，其特征在于，所述Ti、 Si、 Si02和稀土元素鑭、釹、釔的純度在99.9%以上。
全文摘要
一種原位自生稀土氧化物增強鈦硅合金復(fù)合材料，其原料組分及含量按重量百分比為Ti 74.40-88.32％，Si 0.614-5.406％，SiO₂ 2.213-5.532％，La 6.821-17.054％或Ti 74.40-88.32％，Si 0.696-5.406％，SiO₂ 2.143-5.357％，Nd 6.859-17.147％或Ti 79.05-90.24％，Si 0.602-5.461％，SiO₂2.395-5.987％，Y 4.725-11.812％。所述復(fù)合材料的增強體與鈦基體相容性好，界面清晰，增強體的含量能夠根據(jù)需要控制，與不引入稀土氧化物的鈦硅合金相比，其彈性模量和抗壓強度分別提高5230-9280MPa、102-467MPa，且加工性能良好。
文檔編號C22C14/00GK101550506SQ200910114058
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者張新疆, 湛永鐘 申請人:廣西大學