基于納米陶瓷顆粒復(fù)合制備高彈性模量Ti基材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及TNZS合金，尤其是基于納米陶瓷顆粒復(fù)合制備高彈性模量Ti基材料的方法，
具體地說(shuō)，是一種高彈性模量5wt.%Ti02/TNZS和5wt.%HA/TNZS鈦基材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]T1-24Nb-4Zr-7.9Sn (TNZS)合金綜合性能優(yōu)良，但其彈性模量較低，還無(wú)法滿足航空航天及武器裝備領(lǐng)域的要求，并且Nb、Zr元素的加入使得對(duì)合金的制備技術(shù)提出更高的要求，限制了其在航天、交通運(yùn)輸及武器裝備的廣泛應(yīng)用；因此，需對(duì)TNZS合金這新一代的β型鈦合金展開更深入的研究，而含有T1jP HA鈦基材料能大幅度增強(qiáng)鈦材表面的彈性模量；高能球磨，又稱機(jī)械合金化，屬于粉末冶金技術(shù)的一種，其受到工藝過(guò)程和工藝參數(shù)的影響，適當(dāng)延長(zhǎng)高能球磨的時(shí)間，可使粉末的微觀結(jié)構(gòu)細(xì)化，組織發(fā)生變化，提高合金化程度，真空無(wú)壓燒結(jié)技術(shù)采用的設(shè)備簡(jiǎn)單，通過(guò)燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間等工藝參數(shù)的控制來(lái)調(diào)控反應(yīng)過(guò)程以達(dá)到優(yōu)化材料組織的目的。
[0003]本發(fā)明采用兩次高能球磨與常規(guī)模壓、真空無(wú)壓燒結(jié)相結(jié)合的粉末冶金技術(shù)來(lái)制備含有難熔金屬Nb的5wt.%Ti02/TNZS和5wt.%HA/TNZS鈦基材料，通過(guò)1102和HA的納米效應(yīng)，大幅度增加TNZS基材料的彈性模量，提高TNZS基材料的綜合性能。據(jù)申請(qǐng)人所知，尚未有采用粉末冶金法制備5wt.%Ti02/TNZS和5wt.%HA/TNZS鈦基材料的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的是一種高彈性模量5wt.%Ti02/TNZS和5wt.%HA/TNZS鈦基材料的制備方法，該發(fā)明獲得的5wt.%Ti02/TNZS和5wt.%HA/TNZS鈦基材料具有面成分均勻及彈性模量高等優(yōu)點(diǎn)，而且制備方法操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種高彈性模量5wt.%Ti02/TNZS鈦基材料的制備方法，其特征是按照以下步驟進(jìn)行:
1、兩次高能球磨混合粉末制備:按成份先配制T1-24Nb-4Zr-7.9Sn (TNZS)混合粉末，經(jīng)第一次高能球磨后，再加入Ti02納米粉末，T1 2納米粉末占加入T1 2納米粉末后的TNZS混合粉末質(zhì)量的5%，第二次高能球磨后，置于真空干燥箱內(nèi)烘干，過(guò)篩。
[0006]2、常規(guī)模壓處理的方法:將步驟1制備的混合粉末進(jìn)行壓制成型，得到壓塊。
[0007]3、真空無(wú)壓燒結(jié)處理:將步驟2壓制成型的壓塊進(jìn)行真空無(wú)壓燒結(jié)。
[0008]一種高彈性模量5wt.%HA/TNZS鈦基材料的制備方法，其特征是按照以下步驟進(jìn)行:1、兩次高能球磨混合粉末制備:按成份先配制T1-24Nb-4Zr-7.9Sn (TNZS)混合粉末，經(jīng)第一次高能球磨后，再加入HA納米粉末，HA納米粉末占加入HA納米粉末后的TNZS混合粉末質(zhì)量的5%，第二次高能球磨后，置于真空干燥箱內(nèi)烘干，過(guò)篩。
[0009]2、常規(guī)模壓處理的方法:將步驟1制備的混合粉末進(jìn)行壓制成型，得到壓塊。
[0010]3、真空無(wú)壓燒結(jié)處理:將步驟2壓制成型的壓塊進(jìn)行真空無(wú)壓燒結(jié)。
[0011]進(jìn)一步地，T1-24Nb-4Zr-7.9Sn，其組分以質(zhì)量百分比計(jì)算，分別為Ti粉:64.1%，Nb 粉:24 %，Zr 粉:4 %，Sn 粉-J.9%。
[0012]進(jìn)一步地，第一次高能球磨的球磨工藝為:行星球磨機(jī)，球料比10:1，300r/min球磨48h，球磨lh停機(jī)15min。
[0013]進(jìn)一步地，第二次高能球磨的球磨工藝為:300r/min球磨lh。
[0014]進(jìn)一步地，壓制成型的工藝為:壓制壓力為18MPa，保壓5 min，即得所需壓塊，壓塊直徑為30mm，厚度為10 mm。
[0015]進(jìn)一步地，真空無(wú)壓燒結(jié)的工藝為:真空度7.8 10 ^a，升溫速率10 °C/min，先預(yù)燒至600 °C保溫2 h，升溫至800 °C保溫2h，再升溫至1000 °C保溫2h，最終升溫至1250°C保溫2h，后隨爐冷卻。
[0016]進(jìn)一步地，所述Ti02納米粉末的粒徑為40nm，所述HA納米粉末的粒徑<100nm。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明通過(guò)“兩次高能球磨-常規(guī)模壓-真空無(wú)壓燒結(jié)”相結(jié)合的粉末冶金技術(shù)，獲得兩種面成分分布均勻的TNZS基金屬材料，為鈦金屬提供了一種可工業(yè)化生產(chǎn)的制備方法。
[0018](2)本發(fā)明制備的5wt.%Ti02/TNZS和5wt.%HA/TNZS鈦基材料的彈性模量分別為103.93 GPa 和 119.43 GPa，比 TNZS (64.0OGPa)分別提高了 62.39% 和 86.61%。
[0019](3)本發(fā)明不僅適用于TNZS基鈦合金的制備，還適用于各種型號(hào)鈦材的制備。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是TNZS混合粉末的XRD分析譜。
[0021]圖2是利用本發(fā)明制備所得的5wt.%Ti02/TNZS混合粉末的XRD分析譜。
[0022]圖3是利用本發(fā)明制備所得的5wt.%HA/TNZS混合粉末的XRD分析譜。
[0023]圖4是利用本發(fā)明制備所得的5wt.%Ti02/TNZS混合粉末、5wt.%HA/TNZS混合粉末與TNZS混合粉末的SEM表面形貌。
[0024]圖5是TNZS鈦基材料的XRD分析譜。
[0025]
圖6是利用本發(fā)明制備所得的5wt.%Ti02/TNZS鈦基材料的XRD分析譜。
[0026]圖7是利用本發(fā)明制備所得的5wt.%HA/TNZS鈦基材料的XRD分析譜。
[0027]圖8是利用本發(fā)明制備所得的5wt.%Ti02/TNZS鈦基材料、5wt.%HA/TNZS鈦基材料與TNZS鈦基材料的SEM表面形貌。
[0028]圖9是利用本發(fā)明制備所得的5wt.%Ti02/TNZS鈦基材料、5wt.%HA/TNZS鈦基材料與TNZS鈦基材料的彈性模量圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]實(shí)施例1
一種高彈性模量5wt.%Ti02/TNZS鈦基材料的制備方法，包括以下步驟:
1、兩次高能球磨混合粉末制備:先配制T1-24Nb-4Zr-7.9Sn (TNZS)混合粉末，各組分的質(zhì)量百分比分別為Ti粉:64.1%，Nb粉:24 %，Zr粉:4 %，Sn粉:7.9%，經(jīng)第一次高能球磨(行星球磨機(jī)，球料比10:1, 300r/min球磨48h，球磨lh停機(jī)15min )后，再加入Ti02納米粉末(顆粒度40nm)，配制含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的Ti02/TNZS混合粉末，繼續(xù)高能球磨(300r/min球磨lh)，置于真空干燥箱內(nèi)烘干，過(guò)篩。