專利名稱：鈦基復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及其中具有共晶形成的鈦合金增強(qiáng)的高硅含量鈦基復(fù)合材料，更具體地是涉及具有至少含硅、鋁、鋯、錳、鉻、鉬、碳、鐵和硼中的兩種元素的共晶形成的鈦合金增強(qiáng)的高硅含量鈦基復(fù)合材料。
鈦基的金屬基復(fù)合材料用于高負(fù)荷支承用途，例如用于飛機(jī)和高壓縮柴油機(jī)部件。作為增強(qiáng)部分在這些復(fù)合材料中優(yōu)先使用陶瓷材料。這些金屬陶瓷復(fù)合材料大多需要如低密度、高抗拉強(qiáng)度、高抗斷裂性、高溫穩(wěn)定性和低導(dǎo)熱性這些性質(zhì)。金屬陶瓷復(fù)合材料保持各組分材料最需要的性能，即陶瓷的低密度、低導(dǎo)熱性和高溫穩(wěn)定性，金屬的高抗拉強(qiáng)度和高抗斷裂性。當(dāng)適當(dāng)復(fù)合時(shí)這些金屬基陶瓷復(fù)合材料擁有組分材料兩者的最好性能。要使金屬基陶瓷復(fù)合材料達(dá)到最佳性能，合金的處理?xiàng)l件和為尺寸穩(wěn)定的合金熱循環(huán)處理必須小心進(jìn)行。
其他人已建議了許多鈦金屬復(fù)合材料。發(fā)明人證書USSRSS6191中Glazunor等人公開了一種廣泛使用的鈦復(fù)合材料Ti-6A1-4V。Glazunor等人進(jìn)一步公開了另一種復(fù)合材料Ti-5.5A-2Srl-2Zr-4.5v-2Mo-1.5Cr-0.7Fe-0.2Cu-0.2C。該合金的抗拉強(qiáng)度接近1400MPa，而相對(duì)延伸率接近10％。
歐洲專利申請(qǐng)EP0243056中Barber公開了鈦基合金及制造這種合金的方法。Barber公開的該鈦基復(fù)合材料是Ti-7AI-7Zr-2Mo-10Ge。Barber還公開了一種鈦基合金，它基本組成為AI5.0-7.0％，Zr2.0-7.0％，Mo0.1-2.5％，Ge0.01-10.0％，任選一種或幾種下列元素，Sn2.0-6.0％，Nb0.1-2.0％，CO-0.1％和Si0.1-2.0％，佘量Ti。必須注意在Barber的復(fù)合材料中Mo和Ge是兩種必需的元素。
美國專利No.4915903中Brupbacher等人，美國專利No.4195904中Christodoulou和美國專利中Kampe等人公開了一種在含鈦鋁化物的金屬基復(fù)合材料中穩(wěn)定硅化鈦顆粒的工藝。雖然這些專利指出必需存在鋯以穩(wěn)定硅化鈦，防止其溶入基體，而硅化鈦相在鈦鋁化物基體中，不在鈦基體中，這些專利進(jìn)一步提出硅化鈦顆粒在鈦環(huán)境中非常不穩(wěn)定。
發(fā)明人證書USSR 1501170中Mazur等人公開了一種鈦復(fù)合材料，它含有Mo2.0-7.0％，Al2.0-5.0％，Si4.0-8.0％和Mn0.5-1.5％。
Crossman等人公開了含10％Zr和8％Si的鈦復(fù)合材料(Metallurgical Transactions，1971，Vol.2，No.6，P.1545-1555)。Crossman等人使用感應(yīng)熔煉和電子束熔煉技術(shù)生產(chǎn)了單向凝固共晶復(fù)合材料，它含有7.7％(體積)TiB和31％(體積)Ti5Si3增強(qiáng)纖維。但是Ti-10Zr-8Si的機(jī)械性能沒有報(bào)道。
Zhu等人研究了鈦-硅基合金中的硅化物相(MaterialScience and Technoloqy，1991，Vol.7，No.9，P.812-817)。Zhu等人研究了鑄造鈦合金Ti-4.0Si-5.0Al-5.0Zr中硅化物晶格參數(shù)的分布、類型、組成。Zhu等人沒有研究任何含大于4％硅的鈦復(fù)合材料。
Flower等人研究了許多馬氏體鈦-硅合金，三元合金和含鋯和鋁的更復(fù)雜合金中的硅化物沉淀(Metallurgical Transactions，1971，Vol.2，No.12，P3289-3297)。在含鋯和鋁的鈦復(fù)合材料中，研究的最大硅含量為1.0％。
Horimura在日本專利公開說明書3-219035中公開了一種用作高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的鈦基合金，其組成(原子％)為Ti40-80％，Al2-50％Si0.5-40％，和至少Ni、Co、Fe、Mn或Cu中一種為2-50％。
從而本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)所用鈦復(fù)合材料的各種缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種其中具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料。
本發(fā)明還一個(gè)目的是提供一種其中含大于9％(重量)硅的具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種含有鈦基固熔體和鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種其中具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)的，而合金元素選自Si、Ge、Al、Zr、Mo、Cr、Mn、Fe、B、Ni、C和N的鈦基復(fù)合材料。
本發(fā)明還一個(gè)目的是提供一系列結(jié)合高抗拉強(qiáng)度和高抗斷裂性的鈦基體以及低密度和低導(dǎo)熱性的鈦-陶瓷增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料，這樣，該復(fù)合材料具有兩組分的最好性能。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種使鈦基復(fù)合材料性能達(dá)到最佳化的方法，該復(fù)合材料其中具有晶形成鈦合金，它含有Ti、Si、Al和至少一種元素選自Zr、Mo、Cr、C、Fe和B，該方法是在800-1020℃溫度之間對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行熱循環(huán)經(jīng)最少30循環(huán)周期。
本發(fā)明針對(duì)新的鈦基固溶體和鈦-陶瓷合金增強(qiáng)相的金屬基復(fù)合材料。合金元素可選自Si、Ge、Al、Zr、Mo、Cr、Mn、Fe、B、Ni、C和N。Si含量可直到20％(重量)，Zr含量可直到15％(重量)，Mo、Cr、Fe和B含量可直到4％(重量)，Al、Ge、Mn和Ni含量可直到35％(重量)，而C和N含量可直到1％(重量)。該新的金屬基復(fù)合材料可通過一種或多種方法生產(chǎn)，象鑄造、顆?；蚍勰┮苯?、或自燃合成。如果需要，可將該金屬基復(fù)合材料熱循環(huán)處理以達(dá)到最佳性能。
該鈦基的金屬基復(fù)合材料適用于高負(fù)荷支承用途，例如用于渦輪機(jī)和高壓縮柴油機(jī)的部件。該鈦基的金屬基復(fù)合材料改進(jìn)了高溫強(qiáng)度、耐磨性和在惡劣環(huán)境中的熱穩(wěn)定性，又結(jié)合了所需的陶瓷組分的性能，如低密度和低導(dǎo)熱性。該新的鈦基的金屬基復(fù)合材料還具有高的抗斷裂性和優(yōu)越的抗蠕變性。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種其中具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料可用約9-約20％(重量)的硅制造。在另一個(gè)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種其中具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料不含鉬，可用約4.5-約20％(重量)的硅配制。在本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種其中具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料不含鉬和鋯，可用約2-約20％(重量)的硅配制。在本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種其中具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料不含錳，可用約4.5-約20％(重量)的硅配制。
本發(fā)明還針對(duì)一種使其中具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料性能達(dá)到最佳化的方法，該復(fù)合材料含Ti、Si、Al和至少一種元素選自Zr、Mo、Cr、C、Fe和B。該方法包括將復(fù)合材料放置入溫度在約650-約850℃之間的第一爐中進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的熱循環(huán)，在第一爐中預(yù)定時(shí)間后將復(fù)合材料取出，此后立即將復(fù)合材料放入溫度在約920-約1070℃之間的第二爐中經(jīng)預(yù)定的時(shí)間，在預(yù)定時(shí)間后從第二爐中取出復(fù)合材料，重復(fù)足夠多次數(shù)的熱循環(huán)，使得復(fù)合材料中的所有亞穩(wěn)相分解。
本發(fā)明的其它目的，特色和優(yōu)點(diǎn)在說明書和附圖中變得很明顯，其中

圖1表示合金結(jié)構(gòu)的示意圖，(a)現(xiàn)有技術(shù)工業(yè)性鈦合金，(b)本發(fā)明共晶形成的含棒狀增強(qiáng)的鈦合金，以及(c)本發(fā)明共晶形成的含層狀增強(qiáng)的鈦合金。
圖2是硬模鑄造的棒和毛坯的照片，(a)直徑55mm棒，(b)汽缸毛坯和發(fā)動(dòng)機(jī)活塞零件，和(c)渦輪機(jī)毛坯。
圖3是試驗(yàn)前(a)和試驗(yàn)后(b、c和d)柴油機(jī)汽缸和活塞零件的照片。
圖4是快速凝固金屬/陶瓷材料的(a)球形顆粒和(b)片狀顆粒的顯微照片(50X)。
圖5是表示本發(fā)明Ti-Si-Al-Zr復(fù)合材料斷裂韌性隨溫度變化的曲線圖。
圖6是表示Ti-Si-Al-Zr復(fù)合材料的斷裂韌性隨鋯和硅之間的組合比變化的曲線圖。
圖7是表示硅化鈦中合金元素分布的顯微照片(1000X)，(a)用二次電子得到的顯微照片，(b)用特征Sik(α)輻射得到的顯微照片，和(c)用特征ZrK(α)輻射得到的顯微照片。
圖8是表示由(a)自燃合成和(b)硬模鑄造生產(chǎn)的復(fù)合材料的顯微照片(500X)。
圖9是表示(a)鑄態(tài)和(b)在1020-800℃之間熱循環(huán)150周期熱處理復(fù)合材料的顯微照片(500X)。
按照本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，鈦基金屬基體復(fù)合材料可通過選擇至少兩種下列合金元素Si、Ge、Al、Zr、Mo、Cr、Mn、Fe、B、Ni、C和N構(gòu)成鈦基固溶體和鈦合金增強(qiáng)相而形成，希望Si含量直到20％(重量)，而Zr含量直到15％(重量)，Mo、Cr、Fe和B含量直到4％(重量)，Al、Ge、Mn和Ni含量直到35％(重量)，而C和N含量直到1％(重量)。
選擇新鈦基金屬基復(fù)合材料的主要組分，以使鈦合金的增強(qiáng)相在共晶反應(yīng)時(shí)同時(shí)或接連鈦相沉淀凝固。一種或多種增強(qiáng)相可從熔融金屬中析出，以構(gòu)成一個(gè)相當(dāng)大的總合金體積部分，從而顯著地有助于復(fù)合材料的全部性能。
這些性能包括，但不限于，高抗拉強(qiáng)度、高韌性與重量比、高耐熱性、高斷裂強(qiáng)度、在惡劣環(huán)境中的高熱穩(wěn)定性、低密度和低導(dǎo)熱性。
人們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)α和/或β穩(wěn)定劑量控制α與β鈦體積比和用各種強(qiáng)化元素使α和β固溶體合金化可使合金強(qiáng)化。當(dāng)以少量存在時(shí)，這些強(qiáng)化元素可完全溶于鈦基固溶體中。但是，當(dāng)含量超過各自的溶解度界限時(shí)，強(qiáng)化相主要沉淀在晶界和相界。這示于圖1(a)。這些沉淀提高材料強(qiáng)度和耐高溫性，但在一些情況下，損害復(fù)合材料的塑性和斷裂韌性。
人們還發(fā)現(xiàn)有一大類鈦基合金，其中較大量合金元素導(dǎo)致與沉淀工藝不同的增強(qiáng)相形成新機(jī)制。在這些合金中，增強(qiáng)相或與β-鈦同時(shí)凝固形成，或在β-鈦結(jié)晶后凝固形成。這稱為共晶凝固工藝，這些其組成使得在其中發(fā)生共晶反應(yīng)的合金被稱為共晶型合金。
當(dāng)增強(qiáng)相的體積部分足夠大時(shí)，共晶型合金可具有新的獨(dú)特的在工業(yè)合金中沒有發(fā)現(xiàn)的使用性能。這些新的改進(jìn)的性能起因于形成特殊結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度棒或薄片增強(qiáng)相。這些棒或薄片示于圖1(b)和1(c)。當(dāng)這些高強(qiáng)棒或薄片分布在塑性鈦基體中時(shí)，鈦基體的性能大大改善。這些共晶形成的合金不同于通常制造的復(fù)合材料，這些復(fù)合材料中其組織是在熔體凝固過程中以所謂就地形成而形成的。這些就地復(fù)合材料在其制造過程中具有簡單和成本低的好處。
這些高合金化共晶鈦合金的小缺點(diǎn)是在低的連續(xù)的中溫范圍內(nèi)其強(qiáng)度和塑性不如別的工業(yè)合金好。這是高體和百分?jǐn)?shù)(20-60％)的高強(qiáng)度、低塑性增強(qiáng)相，如硼化物，金屬間化合物或硅化物的結(jié)果。但是，在600℃以上的高溫范圍中，這些共晶型合金顯示出優(yōu)越的性能。
我們還發(fā)現(xiàn)在低溫的塑性可通過共晶復(fù)合材料的最佳合金化來改進(jìn)。例如，通過合成厚度更小的棒和薄片和減少共晶合金中的空隙可改進(jìn)塑性。這提供一種與減少玻璃棒的直徑所觀察到的相似的作用，即當(dāng)玻璃棒具有一厘米直徑時(shí)，它是脆的，而直徑0.001厘米的玻璃細(xì)絲是塑性的。
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法如下用非消耗渣水冷銅石墨坩堝感應(yīng)爐在氬氣氛下，用雙電子來重熔裝置，在氬氣氛下的電渣重熔裝置或在氬氣氛下的無坩堝磁懸浮感應(yīng)爐進(jìn)行冶煉。用鑄錠制備金相、物理和化學(xué)研究，以及力學(xué)試驗(yàn)所用的試樣。
也試驗(yàn)了柴油機(jī)汽缸和活塞零件毛坯。這些硬模鑄造的棒和毛坯示于圖2。在一些情況下，將直徑55mm長700mm的棒用金屬或石墨模鑄造，進(jìn)一步重熔并快速凝固。
燒結(jié)合金由球形或片狀顆粒或由旋轉(zhuǎn)粉化(其中旋轉(zhuǎn)棒端直徑為55mm)制備的粉末來生產(chǎn)，在氬氣或氦氣氛下通過等離子體加熱來熔煉燒結(jié)合金，圖3是顯示柴油機(jī)汽缸和活塞零件的照片，(a)試驗(yàn)前，(b、c和d)試驗(yàn)后。圖4是顯示快速凝固的鈦基復(fù)合材料的球形(a)和片狀(b)顆粒的顯微照片(50X)制備下列復(fù)合材料體系，Ti-Al、Ti-Si、Ti-Zr、Ti-Si-Al、Ti-Si-Zr、Ti-Al-Mn、Ti-Si-Al-Zr、Ti-Si-Al-Mn、Ti-Si-Al-Fe、Ti-Si-Al-Zr-Mn、Ti-Si-Al-Zr-Ge(或V)、Ti-Si-Al-Cr-Mo、Ti-Si-Al-Mn-Fe、Ti-Si-Al-Zr-Fe、Ti-Si-Al-Zr-Mo、Ti-Si-Al-Zr-N、Ti-Si-Al-Mn-C、Ti-Si-Al-Mn-Zr-Fe、Ti-Si-Al-Cr-Mo-Fe、Ti-Si-Al-Zr-Cr-Mo、Ti-Si-Al-Zr-Cr-Mo-B、Ti-Si-Al-Mn-Cr-Mo-Fe。
將制備的試樣經(jīng)受一系列力學(xué)試驗(yàn)。進(jìn)行的第一個(gè)試驗(yàn)是合金的熱穩(wěn)定性試驗(yàn)或抗氧化試驗(yàn)?？乖趷毫迎h(huán)境下高溫氣體沖擊是用在高溫環(huán)境中的結(jié)構(gòu)材料的最重要的使用性能之一。
為測(cè)定合金元素對(duì)鈦基復(fù)合材料的耐熱性的作用，制備四個(gè)系列的試樣。它們包括二元系統(tǒng)的Ti-Al、Ti-Si和Ti-Zr、三元系統(tǒng)的Ti-Al-Mn、Ti-Si-Al和Ti-Si-Zr、四元系統(tǒng)的Ti-Si-AlrZ并且也制備了更復(fù)雜的合金，如Ti-Si-Al-Mo，使與基本材料氮化硅(Si3N4)比較。
通過在氬氣氣氛中用磁懸浮法無坩堝熔煉制備試樣。通過連續(xù)測(cè)量放入有氧化氣氛的豎爐中試樣的增重確定耐熱性。用高精度溫度調(diào)節(jié)器控制爐溫。爐溫誤差在±7℃之內(nèi)。試驗(yàn)在700、800和950℃進(jìn)行25小時(shí)。不同的合金組成在950℃的增重速率數(shù)據(jù)示于表1。組成1-6和Si3N4示出為比較目的，不是本發(fā)明部分?？煽吹蕉?、三元和五組分合金具有不令人滿意的耐熱性。四元復(fù)合材料Ti-Si-Al-Zr，它至少含6％的Si，與Si3N4陶瓷材料比較它在950℃的增重速率合適。在試樣中觀察到最耐熱的材料是Ti-10Si-7Al-7Zr復(fù)合材料。我們相信該合金具有大體積百分?jǐn)?shù)的共晶形成相Ti5Si3，Ti5Si3具有優(yōu)越的抗高溫氧化性。
對(duì)鈦金屬基復(fù)合材料進(jìn)行的第二種力學(xué)試驗(yàn)是斷裂韌性試驗(yàn)。材料在動(dòng)態(tài)和沖擊載荷使用的適用性一般由其斷裂韌性值確定。在高溫試驗(yàn)儀中使用帶直或V-形缺口的方棒試樣進(jìn)行簡單三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。使用的試樣尺寸為42×7.5×5mm。圖5示出了幾種復(fù)合材料的斷裂韌性作為溫度函數(shù)的三條曲線。工業(yè)鈦合金斷裂韌性隨溫度的升高連續(xù)地降低，與之相比，鈦基復(fù)合材料在600-700℃溫度范圍斷裂韌性提高。硅含量比較高時(shí)的Ti-6.2Si-5.4Al-6Zr復(fù)合材料在900℃顯出較高的斷裂韌性。這對(duì)于用作活塞或渦輪葉片的材料特別重要?？梢钥闯雠c工業(yè)鈦合金相比，這些復(fù)合材料在600-750℃溫度范圍顯示出改善的斷裂韌性。應(yīng)注意到，甚至在更高的溫度斷裂韌性仍維持其相當(dāng)高的值。這對(duì)于用作活塞和渦輪葉片的材料是特別重要的。
表2示出了十一個(gè)合金在三種不同溫度的的斷裂韌性值。合金組成對(duì)斷裂韌性的作用是十分復(fù)雜的，在圖6中繪出斷裂韌性值對(duì)鋯與硅比的曲線，它表明，當(dāng)該比大或等于1時(shí)，可得到滿意的斷裂韌性值。我們認(rèn)為，這個(gè)特點(diǎn)可作如下解釋。提供給需要高溫性能的復(fù)合材料的主要增強(qiáng)相是Ti5Si3，它相當(dāng)脆。當(dāng)用鋯合金化時(shí)，鋯固溶體在硅化鈦中形成，導(dǎo)致力學(xué)性能的改善，這示于圖7。我們認(rèn)為在Ti-5Si-4Al-0.8Mn合金中錳的作用與鋯相似。從表2看到復(fù)合材料Ti-6.2Si-5.4Al-6Zr和Ti-5Si-4Al-0.8Mn在800-900℃獲得最大的斷裂韌性值。表2還顯示出當(dāng)Zr/Si約為2時(shí)，在800℃斷裂韌性獲得最大值，當(dāng)Zr/Si約為1時(shí)，在900℃獲得相同的值?？梢钥吹奖景l(fā)明復(fù)合材料比Si3N4基陶瓷材料具有更大的抗裂性，Si3N4基陶瓷材料斷裂韌性值在5-7MPam1/2之間。
進(jìn)行的第三個(gè)力學(xué)試驗(yàn)是拉斷時(shí)的抗拉強(qiáng)度和相對(duì)延伸率。在拉斷時(shí)的抗拉強(qiáng)度和相對(duì)延伸率是結(jié)構(gòu)復(fù)合材料兩個(gè)重要性能，由于它們表示在寬的溫度范圍內(nèi)的抗負(fù)載能力。表3中包括的數(shù)據(jù)說明了試驗(yàn)合金化學(xué)組成如何影響不同溫度下的抗拉強(qiáng)度和相對(duì)延伸率。這些數(shù)據(jù)可與工業(yè)鈦合金的類似值相比。
在室溫，工業(yè)鈦合金具有比本發(fā)明公開的鈦復(fù)合材料更好的強(qiáng)度。但是，工業(yè)鈦合金的優(yōu)點(diǎn)隨溫度的升高縮小，而在600℃和600℃以上溫度本發(fā)明復(fù)合材料顯示出優(yōu)越的抗拉強(qiáng)度。我們認(rèn)為這是由于相當(dāng)大的體積百分?jǐn)?shù)，即30-40％的增強(qiáng)硅化物相。
在中等溫度范圍，即600-700℃，Ti-4Si-2Al-1Mn和Ti-4.2Si-2Al-2Mn-2.5Cr-2.3Mo-1.5Fe復(fù)合材料獲得最大的抗拉強(qiáng)度值。后者材料在800℃也顯示出改進(jìn)的塑性。
在800℃的高溫范圍，Ti-5.2Si-5.7Al-0.3Fe、Ti-6Si-4.6Al-4Zr-0.3Fe和Ti-5.3Si-5Al-Mn復(fù)合材料具有最大的抗拉強(qiáng)度。我們認(rèn)為這是大量形成Ti5Si3的硅的結(jié)果，也是硅化物與鐵或錳合金化的結(jié)果。
應(yīng)注意到Ti-4.2Si-2Al-2Mn-2.5Cr-2.3Mo-1.5Fe、Ti-7Si-2.5Al-0.2Mn、Ti-4.2Si-4.5Al-2.5Cr-2.3Mo-0.1Fe和Ti-5.8Si-4.3Al-4Zr-3.7Cr-2.6Mo-0.01B復(fù)合材料在800℃顯示出改進(jìn)的相對(duì)延伸率。
這個(gè)積極的效果是由于硅化物相與錳、鉻和鉬復(fù)雜的合金化，而進(jìn)一步在后者合金中由于硼的存在，硼改變了復(fù)合材料的組織造成的。
我們對(duì)鈦基復(fù)合材料已進(jìn)行的第四種力學(xué)試驗(yàn)是蠕變硬度測(cè)定，蠕變硬度被認(rèn)為是在高溫工作環(huán)境使用的材料一種重要的性能。在蠕變硬度試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)示于表4。
表4示出鈦復(fù)合材料在20、500、700和850℃的蠕變硬度數(shù)據(jù)。應(yīng)注意到在850℃最大的蠕變硬度值由含高硅和鋯元素的Ti-9Si-5Al-6Zr復(fù)合材料獲得。足夠高的蠕變硬度值(280-300M)Pa還由Ti-4.7Si-4.4Al-9.4Zr和Ti-5.5Si-5.4Al-7.2Zr獲得。我們認(rèn)為這起因于合金中相對(duì)Ti-5.5Si-5.4Al-7.2Zr獲得。我們認(rèn)為這起因于合金中相對(duì)高含量的鋁和更大量的共晶硅化物，這示于圖8a，其中黑色陰影區(qū)域表示硅化物顆粒，而淡色陰影區(qū)域表示鈦基體。圖8b示出在鈦基體中以扇形方式排列的硅化物晶形。
不同的工藝方法也可導(dǎo)致不同的蠕變硬度性能。我們發(fā)現(xiàn)由電子束方法冶煉的復(fù)合材料顯示出比懸浮試樣感應(yīng)冶煉生產(chǎn)的復(fù)合材料更高的蠕變硬度。原因是后者含更少量的共晶組分，而硅化物共晶枝晶其中具有更細(xì)的分枝。
我們進(jìn)行的最后一個(gè)力學(xué)試驗(yàn)是抗撓強(qiáng)度測(cè)定。抗撓強(qiáng)度或抗彎強(qiáng)度值是表示材料抗斷裂能力的一種特征，其中應(yīng)力狀態(tài)比拉伸更復(fù)雜。高溫抗撓強(qiáng)度也是用在高載荷和高溫環(huán)境下材料的重要性能。
表5示出了本發(fā)明鈦金屬基復(fù)合材料與普通鈦合金VTS相比抗撓強(qiáng)度的溫度依賴關(guān)系。在20℃VTS明顯優(yōu)于本發(fā)明鈦復(fù)合材料，但是，在升高溫下，本發(fā)明生產(chǎn)的合金具有優(yōu)越得多的性能。
在更高的800℃試驗(yàn)溫度，Ti-6.2Si-5.4Al-6Zr具有400MPa最好的抗撓強(qiáng)度。Ti-5.3Si-5Al和Ti-2.8Si-6.4Al-12.4Zr-0.8Fe也顯出300-330MPa的改進(jìn)的抗撓強(qiáng)度。我們認(rèn)為在提高鈦基材料的強(qiáng)度中增強(qiáng)相的強(qiáng)度起了重要的作用。增強(qiáng)相的強(qiáng)度主要依賴于由硅和鋯的量確定的Ti5Si3的體積百分?jǐn)?shù)并進(jìn)一步依賴于硅化物中的鋯含量。
也研究了不同工藝技術(shù)對(duì)鈦基復(fù)合材料性能的影響。現(xiàn)在，世界上生產(chǎn)鈦合金鑄件主要依靠在電弧爐、感應(yīng)爐和電子束爐中使用真空。使用惰性氣體的設(shè)備不太常見。所以，生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)復(fù)雜并需要大的面積，改進(jìn)生產(chǎn)率或降低成本是困難的。
近年，材料制造的新工藝已被發(fā)展并工業(yè)化，即自燃合成。用這種工藝，將主要組分鈦和氮?dú)庵糜谟幸欢▔毫Υ嬖诘氖抑?。例如通過電流加熱鎢絲，使化學(xué)反應(yīng)在室中小體積內(nèi)開始。在合成化學(xué)反應(yīng)期間產(chǎn)生的熱加熱鄰接的試劑部分，然后試劑進(jìn)入工藝直到主要組分完全消耗。作為固相鈦在氮?dú)夥罩腥紵慕Y(jié)果形成氮化鈦。
自燃合成Ti基復(fù)合材料通過下列步驟進(jìn)行。將裝入的組分在混合器中混合并用液壓機(jī)以100MPa壓力壓制。將壓塊放置在850℃-1000℃溫度下的電馬弗爐中。壓塊溫度一達(dá)到830℃，Ti5Si3和Ti3Al的合成反應(yīng)就開始，使溫度升高到1900-2000℃。壓塊的原形被保持，盡管在壓塊中發(fā)生共晶熔化的結(jié)果事實(shí)。當(dāng)壓塊冷到1000-1100℃時(shí)，移入模中以進(jìn)行最終壓實(shí)和成形。
仔細(xì)檢查反應(yīng)產(chǎn)物獲得的顯微照片表明不象鑄造復(fù)合材料組織，自燃試樣含密集形共晶組織。這是因?yàn)槟虝r(shí)共晶液體受到起因于合成反應(yīng)時(shí)大的過熱的相當(dāng)大的過冷。
在本發(fā)明中也使用粉末冶金以提供材料的需要的相組成和細(xì)的組織，并進(jìn)一步避免枝晶、晶帶偏析和粗大團(tuán)粒不希望的相。
有希望的現(xiàn)有技術(shù)粉末冶金工藝是具有進(jìn)一步壓制步驟粉末快速凝固。它提供具有實(shí)際上100％的密實(shí)度和非常細(xì)的組織，從而保證了其力學(xué)性能上的改進(jìn)。
將電子束熔煉生產(chǎn)的原始方坯機(jī)加工達(dá)到直徑50mm和長度700mm。將一個(gè)方坯固定在一臺(tái)機(jī)器中通過旋轉(zhuǎn)熔耗霧化。用由9∶1氦氬氣體混合物中產(chǎn)生的等離子來加熱方坯表面。方坯的旋轉(zhuǎn)速度在每分鐘800-5000轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)變化。
熔融液體在一種氣體中的冷卻速度在100-10000℃/秒之間，當(dāng)在一個(gè)水冷金屬板上飛濺時(shí)冷卻速度在1000-1000000℃/秒之間。在第一種冷卻方法中，形成尺寸30-800微米的球形顆粒，而在第二種冷卻方法中形成厚度20-80微米的片狀粉末。
粉末的組成示于表6。將粉末裝入一個(gè)石墨模中，經(jīng)感應(yīng)加熱到1000-1400℃，保持10分鐘，然后在75MPa壓力下壓制。
壓制溫度對(duì)Ti-6.7Si-5.7Al-5.7Zr粉末復(fù)合材料抗撓強(qiáng)度的影響示于表7(在不同的撓性試驗(yàn)溫度下)。可以看到在1200-1300℃范圍內(nèi)壓制可得到改進(jìn)的強(qiáng)度性能。這是因?yàn)樵趶?fù)合材料基體中的B-Ti的塑性改善。還可確定，當(dāng)在1150℃和125℃壓制時(shí)，Ti-2Si-5.4Al-5.3Zr-0.6Fe和Ti-6.2Si-5.4Al-6Zr復(fù)合材料分別獲得相似的性能。
表8和表9顯示出制造工藝對(duì)Ti-2Si-5.4Al-5.3Cr-0.6Fe和Ti-6.2Si-5.4Ai-6Zr復(fù)合材料在不同試驗(yàn)溫度的一些性能的影向。
表8和表9中的數(shù)據(jù)表明，壓制和鑄造Ti-2Si-5.4Al-5.3Zr-0.6Fe成分的合金性能相似。由于Ti-6.2Si-5.4Al-6Zr復(fù)合材料中較大量的硅，它的壓制組成抗斷裂性能優(yōu)越得多特別在800-850℃之間溫度范圍內(nèi)比鑄造復(fù)合材料抗阻斷性能優(yōu)越得多。
還發(fā)現(xiàn)熱形成粉末材料，當(dāng)進(jìn)行大程度變形時(shí)，提供強(qiáng)的壓實(shí)材料，與燒結(jié)或熱壓粉末相比它具有改善的組織和較好的物理、力學(xué)和使用性能。
將表7所示粉末放入直徑29mm的金屬盒中，以500-600MPa壓力預(yù)壓到密度至少70％，并封在盒中。然后將該盒放入一個(gè)電阻爐中，在1000℃溫度下保持30分鐘并經(jīng)80％程度的擠壓變形。
Ti-2Si-5.4Al-5.3Zr-0.6Fe復(fù)合材料的力學(xué)性能示于表10，很明顯與鑄造或燒結(jié)合金試樣相比強(qiáng)度和抗撓性得到改進(jìn)，這起因于較細(xì)小的晶粒和硅化物顆粒。
鑄造的，壓制的和擠壓的復(fù)合材料Ti-6.2Si-5.4Al-6Zr的斷裂韌性與溫度的依賴關(guān)系示于表11。應(yīng)注意到，在較低的試驗(yàn)溫度，制造工藝不影響復(fù)合材料的斷裂韌性。在中間溫度擠壓的復(fù)合材料具有最大的斷裂韌性。在更高的溫度下，壓制的復(fù)合材料具有最高的斷裂韌性值。
還研究了通過熱循環(huán)熱處理對(duì)復(fù)合材料的影響。在熱機(jī)，象內(nèi)燃機(jī)，氣輪機(jī)等中工作的復(fù)合材料涉及許多加熱到運(yùn)行溫度，接著冷卻到室溫。熱循環(huán)伴隨起因于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行周期的高頻率溫度變化。這些溫度變化在部件中引起復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，在一些情況下，甚至引起合金中的相轉(zhuǎn)變。
所以，這些熱機(jī)制造需要使用在部件工作期間很少或不發(fā)生相轉(zhuǎn)變的組成。我們發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料合金中的相轉(zhuǎn)變可起因于某些過程。例如，過飽和固溶體離析伴隨共析相的析出。它也可能起因于在低溫非平衡相的溶解。合金中相轉(zhuǎn)變也可由屬于共晶來源的細(xì)小分支增強(qiáng)相的枝晶分支的球化和聚集引起。
所以，需要在最終形狀加工之前用熱處理工藝完成全部工藝，以穩(wěn)定高溫部件的形狀和尺寸。
我們用下列不同的熱處理方法處理鈦復(fù)合材料。
1.等溫退火900℃，保溫4小時(shí)，空冷。
2.分段退火900℃，保溫4小時(shí)，爐冷到650℃，保溫2小時(shí)，空冷。
3.分段退火900℃，保溫3小時(shí)，爐冷到650℃，保溫0.5小時(shí)，空冷。
4.在970℃和900℃之間熱循環(huán)150周，每周包括將試樣在溫度不同的兩個(gè)爐之間轉(zhuǎn)換。在每個(gè)爐中的保持時(shí)間為0.5小時(shí)。
5.在1020℃和800℃之間熱循環(huán)150周。
我們認(rèn)為在主要鑄造復(fù)合材料合金中存在下面的相組織α和β-Ti，硅化物Ti5Si3和(TiZr)5(SiAl)3及其它金屬間化合物，如Ti3Al。
在等溫退火中，組織變化包括過飽和固溶體的離析和共析反應(yīng)α→β＋Ti5Si3。從過飽和固溶體中析出的硅化物任意地分布在α-基晶粒中，共析源的硅化物形成平行薄片組。在共析硅化物組織中沒有觀察到變化。退火伴隨著硬度從50.6到49.4HRc的降低。
在分段退火過程中，相轉(zhuǎn)變比在等溫退火中明顯的少。共析反應(yīng)推進(jìn)程度較低，二次硅化物的量較少。
我們發(fā)現(xiàn)上述No.4和5中說明的熱循環(huán)熱處理被證明對(duì)新的鈦基復(fù)合材料是最有效的。按No.4的熱循環(huán)熱處理與在內(nèi)燃機(jī)中運(yùn)行的活塞的以歷十分相似。在方法5中的熱循環(huán)包括一個(gè)溫度范圍，在該范圍內(nèi)鈦基的α相和β相之間的發(fā)生轉(zhuǎn)變。
我們認(rèn)為，在熱循環(huán)處理4和5中，共析反應(yīng)，鈦基體中過飽和固溶體合金元素的析出，硅化物枝晶?；?，球化和聚結(jié)在基體體系中充分地進(jìn)行。在熱循環(huán)熱處理方法5中，40周后，在α基體晶粒中沒觀察到非平衡β相的間層。共析源的硅化物也變粗大并稀少地分布在基體晶粒中。這示于圖9，圖9中顯微照片表示復(fù)合材料(a)鑄態(tài)的，和(b)在1020℃和800℃之間熱循環(huán)150周熱處理的。120周后，觀察到硅化物晶粒尺寸增大，而其它組織特征保持不變。
所以，我們得出結(jié)論，按照方法No.5熱處理35周期后，提供滿意的最小組織變化，這保證了形狀和尺寸穩(wěn)定的需要水平。
這個(gè)結(jié)論在試驗(yàn)中進(jìn)一步證實(shí)，試驗(yàn)的是柴油機(jī)活塞。在活塞頂部不同的方向各參考點(diǎn)之間測(cè)量的直徑變化表明尺寸變化顯著的改善。觀察到尺寸變化減少80％。
本發(fā)明配制的具有最好工作性能的鈦基金屬復(fù)合材料示于表12和13。具有最好耐熱性，斷裂韌性，抗拉強(qiáng)度、斷裂時(shí)延伸率，蠕變硬度和抗撓強(qiáng)度的復(fù)合材料示于表12。表12中所示的試樣是由鑄造方法獲得的。
具有最好斷裂強(qiáng)度、斷裂時(shí)延伸率、蠕變硬度和抗撓強(qiáng)度的粉末冶金獲得的復(fù)合材料試樣示于表13。
其他的第VIII族金屬，如鎳、鈷、第IB族金屬，如銅和第IVA元素，如鍺也可用作本發(fā)明中合適的合金元素。
雖然本發(fā)明已經(jīng)以例證方式說明，應(yīng)當(dāng)理解到，使用的術(shù)語是為了具有描述用詞的性質(zhì)而不是限制。
此外，本發(fā)明幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案說明的同時(shí)，顯然的是現(xiàn)有技術(shù)中的那些熟練技術(shù)人員將迅速將這些教導(dǎo)用到本發(fā)明其它可能的變化中。
表1.試驗(yàn)合金在950℃的氧化速率mg/(cm2小時(shí)
表2.鑄造合金組成對(duì)不同溫度斷裂韌性Klc的影響MPam1/2
表3.在不同溫度下試驗(yàn)復(fù)合材料化學(xué)組成對(duì)抗拉強(qiáng)度和相對(duì)延伸率的影響<
<p>
表12.具有最好工作性能的鑄造鈦基陶瓷金屬的化學(xué)組成
表13.具有最好工作性能的粉末鈦基陶瓷金屬的化學(xué)組成
權(quán)利要求
1.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，不含Mo和Fe，含有(重量％)Si約9-約20％，Al約2-約13％，Zr、Cr、Mo、C和B中至少選一種元素約0.01-約15％，Ti余量。
2.按照權(quán)利要求1的鈦基復(fù)合材料，其中所述的鈦合金增強(qiáng)相共晶形成在鈦基體中。
3.按照權(quán)利要求1的鈦基復(fù)合材料，其中所述的至少一種元素是Zr。
4.按照權(quán)利要求1的鈦基復(fù)合材料，其中優(yōu)選有(重量％)Si約9-約12％，Al約3-約9％，Zr、Mn、Cr、Mo、C、Fe和B中至少選一種元素約4-約9％。
5.按照權(quán)利要求1的鈦基復(fù)合材料，其中該復(fù)合材料密度不大于5gm/cm3，抗拉強(qiáng)度約400-約700MPa，斷裂韌性約10-約50MPam1/2，而導(dǎo)熱率不大于10W/m.k。
6.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，不含Mo、Mn和Fe，含有(重量％)Si約4.1-約20％，Al約2-約13％，Zr、Cr、C和B中至少選一種元素約0.01-約15％，Ti余量。
7.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，不含Mo，含有(重量％)Si約4.1-約20％，Al約2-約13％，Zr、Mn、Cr、C、Fe和B中至少選一種元素約0.01-約2％，Ti余量。
8.按照權(quán)利要求6的鈦基復(fù)合材料，其中所述的鈦合金增強(qiáng)相共晶形成在鈦基體中。
9.按照權(quán)利要求7的鈦基復(fù)合材料，其中所述的鈦合金增強(qiáng)相共晶形成在鈦基體中。
10.按照權(quán)利要求6的鈦基復(fù)合材料，其中所述的至少一種元素是Zr。
11.按照權(quán)利要求7的鈦基復(fù)合材料，其中所述的至少一種元素是Mn。
12.按照權(quán)利要求7的鈦基復(fù)合材料，其中所述的至少一種元素是Fe。
13.按照權(quán)利要求7的鈦基復(fù)合材料，其中所述的至少一種元素是Zr和Fe。
14.按照權(quán)利要求7的鈦基復(fù)合材料，其中所述的至少一種元素是Zr和Mn。
15.按照權(quán)利要求6的鈦基復(fù)合材料，其中優(yōu)選有(重量％)Si約4.5-約12％，Al約3-約9％，Zr、Cr、C和B中至少選一種元素約0.01-約11％。
16.按照權(quán)利要求6的鈦基復(fù)合材料，其中所述的復(fù)合材料密度不大于5gm/cm3，抗拉強(qiáng)度約400-約700MPa，斷裂韌性約10-約50MPam1/2，而導(dǎo)熱率不大于10W/m.k。
17.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，不含Mo、Zr、Mn和Fe，含有(重量％)Si約2-約20％，Al約2-約13％，Cr、C和B中至少一種元素約0.01-約15％，Ti余量。
18.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，不含Mo和Zr，含有(重量％)Si約2-約20％，Al約2-約13％，Mn、Cr、C、Fe和B中至少選一種元素約0.01-約2％，Ti余量。
19.按照權(quán)利要求17的鈦基復(fù)合材料，其中所述的鈦合金增強(qiáng)相共晶形成在鈦基體中。
20.按照權(quán)利要求1 8的鈦基復(fù)合材料，其中所述的鈦含金增強(qiáng)相共晶形成在鈦基體中。
21.按照權(quán)利要求18的鈦基復(fù)合材料，其中所述的至少一種元素是Mn。
22.按照權(quán)利要求18的鈦基復(fù)合材料，其中所述的至少一種元素是Fe。
23.按照權(quán)利要求18的鈦基復(fù)合材料，其中優(yōu)選有(重量％)Si約3-約9％，Al約3-約7％，Mn、Cr、C、Fe和B中至少選一種元素約0.01-約2％。
24.按照權(quán)利要求18的鈦基復(fù)合材料，其中所述的復(fù)合材料密度不大于5gm/cm3，抗拉強(qiáng)度約400-約700MPa，斷裂韌性約10-約50MPam1/2，而導(dǎo)熱率不大于10W/m.k。
25.一種形成鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，含有(重量％)Si約0.01-約20％，Al約0.01-約13％，Zr、Mo、Cr、C、Mn、Fe和B中至少選三種元素約0.01-約15％，Ti余量。
26.按照權(quán)利要求25的鈦基復(fù)合材料，其中所述的鈦合金增強(qiáng)相共晶形成在鈦基體中。
27.按照權(quán)利要求25的鈦基復(fù)合材料，其中所述的至少三種元素是Zr、Mo、Cr和B。
28.按照權(quán)利要求25的鈦基復(fù)合材料，其中優(yōu)選有(重量％)Si5.8％，Al4.3％，Zr4％，Cr3.7％，Mo2.6％，B0.01％。
29.一種使鈦基復(fù)合材料達(dá)到性能最佳化的方法，該復(fù)合材料具有共晶形成的鈦合金增強(qiáng)相，該復(fù)合材料含有Ti、Si、Al和Zr、Mo、Cr、C、Fe和B中至少選一種元素，該方法包括進(jìn)行熱循環(huán)，通過將所述復(fù)合材料放入預(yù)置溫度在約750-約850℃之間的第一個(gè)爐中經(jīng)預(yù)定的時(shí)間，在預(yù)定的時(shí)間后從第一個(gè)爐中取出復(fù)合材料，此后立即將復(fù)合材料放入預(yù)置溫度在約970-約1070℃之間的第二個(gè)爐中經(jīng)預(yù)定的時(shí)間，預(yù)定的時(shí)間后從第二個(gè)爐中取出復(fù)合材料，重復(fù)該熱循環(huán)足夠的次數(shù)，以使復(fù)合材料中的所有亞穩(wěn)相分解。
30.一種使鈦基復(fù)合材料達(dá)到性能最佳化的方法，該復(fù)合材料具有共晶形成的鈦合金增強(qiáng)相，該復(fù)合材料含有Ti、Si、Al和Zr、Mo、Cr、C、Fe和B中至少選一種元素，該方法包括進(jìn)行熱循環(huán)，通過將復(fù)合材料放入預(yù)置溫度在約650-約750℃之間的第一個(gè)爐中經(jīng)預(yù)定的時(shí)間，在預(yù)定的時(shí)間后從第一個(gè)爐中取出復(fù)合材料，此后立即將復(fù)合材料放入預(yù)置溫度在920-1020℃之間的第二爐中經(jīng)預(yù)定的時(shí)間，預(yù)定的時(shí)間后從第二個(gè)爐中取出復(fù)合材料，重復(fù)該熱循環(huán)足夠的次數(shù)，以使復(fù)合材料中的所有亞穩(wěn)相分解。
31.按照權(quán)利要求29的方法熱循環(huán)熱處理的一種鈦基復(fù)合材料。
32.按照權(quán)利要求30的方法熱循環(huán)熱處理的一種鈦基復(fù)合材料。
33.按照權(quán)利要求29的方法，其中所述的足夠的熱循環(huán)次數(shù)是30。
34.按照權(quán)利要求30的方法，其中所述的足夠的熱循環(huán)次數(shù)是30。
35.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，含有(重量％)Si約0.01-約20％，Al約0.01-約15％，Zr約0.01-約15％，Mo、Mn、Cr、C、Fe和B中選的至少一種元素約0.01-約15％，Ti余量。
36.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，不含Mn和Fe，含有(重量％)Si約0.01-約20％，Al約5.1-約15％，Zr、Mo、Cr、C和B中選的至少一種元素約0.01-約15％，Ti余量。
37.按照權(quán)利要求35的鈦基復(fù)合材料，其中優(yōu)選2.5-3.9％(重量)的Si。
38.按照權(quán)利要求1的鈦基復(fù)合材料，其中所述的復(fù)合材料按快速凝固和接著壓制法制造。
39.按照權(quán)利要求1的鈦基復(fù)合材料，其中所述的復(fù)合材料按快速凝固和接著熱成形法制造。
40.按照權(quán)利要求6的鈦基復(fù)合材料，其中所述的復(fù)合材料按快速凝固和接著壓制法制造。
41.按照權(quán)利要求6的鈦基復(fù)合材料，其中所述的復(fù)合材料按快速凝固和接著熱成形制造。
42.按照權(quán)利要求7的鈦基復(fù)合材料，其中所述的復(fù)合材料按快速凝固和接著壓制法制造。
43.按照權(quán)利要求7的鈦基復(fù)合材料，其中所述的復(fù)合材料按快速凝固和接著熱成形法制造。
44.按照權(quán)利要求7的鈦基復(fù)合材料，其中所述的復(fù)合材料按自燃合成法制造，用料含25％(重量)的Al-Si-Fe-Zr-Ti(含(重量％)Si9-32％，F(xiàn)e0.7-2％，Zr0.1-0.3％，Ti0.05-0.2％)合金顆粒，0.01-30％(重量)的至少一種選自Ge、Cr、Mn和Zr的合金元素，余量為Ti。
45.按照權(quán)利要求17的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按快速凝固和接著壓制法制造。
46.按照權(quán)利要求17的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按快速凝固和接著熱成形法制造。
47.按照權(quán)利要求18的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按快速凝固和接著壓制法制造。
48.按照權(quán)利要求18的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按快速凝固和接著熱成形法制造。
49.按照權(quán)利要求25的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按快速凝固和接著壓制法制造。
50.按照權(quán)利要求25的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按快速凝固和接著熱成形法制造
51.按照權(quán)利要求25的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按自燃合成法制造，用料含有25％(重量)的Al-Si-Fe-Zr-Ti(含(重量％)Si9-32％，F(xiàn)e0.7-2％，Zr0.1-0.3％，Ti0.05-0.2％)合金顆粒，0.01-30％(重量)的至少一種選自Ge、Cr、Mn和Zr的合金元素，佘量為Ti。
52.按照權(quán)利要求35的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按快速凝固和接著壓制法制造。
53.按照權(quán)利要求35的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按快速凝固和接著熱成形法制造。
54.按照權(quán)利要求35的鈦基復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料按自燃合成法制造，用料含有25％(重量)的Al-Si-Fe-Zr-Ti(含(重量％)Si9-32％，F(xiàn)e0.7-2％，Zr0.1-0.3％，Ti0.05-0.2％)合金顆粒，0.01-30％(重量)的至少一種選自Ge、Mo、Cr、Mn和Zr的合金元素。余量為Ti。
55.按照權(quán)利要求6的鈦基復(fù)合材料，其中優(yōu)選6.2％(重量)的Si，5.4％(重量)的Al，6.0％(重量)的Zr。
56.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，不含Ni、Co、Fe、Mn和Cn，含有(重量％)Si約4.1-約20％，Al約0.01-約15％，Zr、No、Cr、Ge、C和B中選的至少一種元素約0.01-約15％，Ti余量。
57.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，不含Mn，含有(重量％)Si約0.01-約20％，Al約0.01-約15％，Zr、Mo、Cr、Ge、C、B、Ni、Co、Fe和Cu中選的至少一種元素約0.01-2％，Ti余量。％，Ti余量。
57.一種具有鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，不含Mn，含有(重量％)Si約0.01-約20％，Al約0.01-約15％，Zr、Mo、Cr、Ge、C、B、Ni、Co、Fe和Cu中選的至少一種元素約0.01-2％，Ti余量。
全文摘要
一種具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，該復(fù)合材料含有硅、鋁、鋯、錳、鉻、鉬、碳、鐵、硼、鈷、鎳、鍺、和銅中的至少二種元素。一種具有共晶形成鈦合金增強(qiáng)相的鈦基復(fù)合材料，該復(fù)合材料含有硅、鋁、鋯、錳、鉻、鉬、碳、鐵、硼、鈷、鎳、鍺、和銅中的至少二種元素。
文檔編號(hào)C22C14/00GK1121359SQ94191847
公開日1996年4月24日 申請(qǐng)日期1994年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月2日
發(fā)明者V·J·馬祖爾, Y·Z·塔蘭, S·V·卡普斯尼科瓦, V·I·特里菲洛夫, S·A·菲爾斯托夫, L·D·庫拉克 申請(qǐng)人:I·N·弗蘭特塞維奇材料科學(xué)研究所