铸态a365铝合金的力学性能 核壳结构的钛基复合粉末

技术背景

钛基复合材料具有高比强度、耐高温等优异性能，是应用于航空航天技术领域的重要材料，如采用钛基复合材料制备飞行器的零部件。增材制造技术是将粉末原料一体化成型的制造技术，是目前制备钛基复合材料零部件的主要技术手段。现有相关技术中，利用增材制造技术制备钛基复合材料的方法主要有如下三种：

(1)先将钛金属粉末和细小的增强体粉末混合均匀，使陶瓷粉末分布在钛金属粉末颗粒的表面，然后利用增材制造技术制作钛基复合材料，但分布在钛金属表面的陶瓷与钛金属的结合强度弱，送粉过程中陶瓷容易脱落，进而影响制得的钛基复合材料的微观结构和性能。此外，在增材制造的过程中，陶瓷粉末和钛金属粉末会发生原位自生反应，该反应为放热反应，造成局部热应力增大，进而增加钛基复合材料的开裂风险

(2)先利用热压烧结或熔铸法将钛金属和陶瓷加工成钛基复合材料棒，然后利用气雾化制粉技术或旋转电极制粉技术将上述钛基复合材料棒加工成钛基复合粉末，再利用增材制造技术将钛基复合粉末制成钛基复合材料。该方法制得的钛基复合粉末质量高，性能好，并且，由于制作钛基复合粉末的过程中发生了原位自生反应，使后续增材制造钛基复合材料的过程中不会发生原位自生反应，也就避免了由该反应引起的热应力问题。但该方法制备工艺复杂，周期长，成本高。

(3)利用两套送粉系统分别将钛金属粉末和陶瓷粉末送入熔池，直接利用增材制造技术制备钛基复合材料。但该方法容易造成两种粉末混合不均匀，反应不充分，从而使制得的钛基复合材料内部产生缺陷，微观结构差，性能差。

本技术的特点

1、先将钛金属粉末和陶瓷粉末混合均匀，使细小的陶瓷粉末均匀地包裹在钛金属粉末的颗粒表面，得到具有陶瓷包裹钛金属结构的混合物。将混合物进行加热处理，使温度达预设温度，在该预设温度下，陶瓷和钛金属发生原位自生反应，钛金属颗粒表面的钛元素开始与包裹在其表面的陶瓷反应生成增强相。在该预设温度下对混合物进行保温处理，为陶瓷和钛金属发生的原位自生反应提供充足的反应时间，让该反应进行的更加充分，使包裹在钛金属颗粒表面的陶瓷完全反应形成增强相，增强相包裹在钛金属颗粒表面形成核壳结构，从而得到具有核壳结构的钛基复合粉末。

2、由于增强相是直接在钛金属颗粒表面反应生成，所以，增强相和钛金属颗粒的界面结合强度高，不易脱落。此外，由于本发明提供的核壳结构的钛基复合粉末已经在制备时发生原位自生反应，所以，利用该核壳结构的钛基复合粉末采用增材制造技术制备钛基复合材料时，不会发生原位自生反应，从而避免了增材制造钛基复合材料的过程中出现局部热应力增大的问题，进而使制得的钛基复合材料的性能好、不易开裂。

实施例1

1、将100μm的TA15钛合金粉末和4μm的TiB2粉末在氩气气氛中进行球磨处理5h，其中，TA15钛合金粉末的质量分数为95wt.％，TiB2粉末的质量分数为4wt.％，球磨处理的转速为200r/min，球料比为4:1，在氩气气氛中静置6h后，得到混合物；

2、将混合物在真空度为1×10‑3的环境下进行加热处理，使混合物的温度升高至900°C；

3、继续在真空度为1×10‑3的环境下保温1h，得到具有核壳结构的增强相体积分数为6.8vol.％的TiB增强钛基复合粉末

实施例2

1、将50μm的TC4钛合金粉末和0.5μm的TiB2粉末在氩气气氛中进行球磨处理3h，其中，TC4钛合金粉末的质量分数为93wt.％，TiB2粉末的质量分数为6wt.％，球磨处理的转速为150r/min，球料比为2:1，在氩气气氛中静置5h后，得到混合物

2、将混合物在真空度为1×10‑3的环境下进行加热处理，使混合物的温度升高至1000°C；

3、继续在真空度为1×10‑3的环境下保温1.5h，得到具有核壳结构的增强相体积分数为10vol.％的TiB增强钛基复合粉末

实施例3

1、将100μm的TA15钛合金粉末和3μm的石墨粉末在氩气气氛中进行球磨处理5h，其中，TA15钛合金粉末的质量分数为99wt.％，石墨粉末的质量分数为1wt.％，球磨处理的转速为200r/min，球料比为4:1，在氩气气氛中静置6h后，得到混合物

2、将混合物在真空度为1×10‑3的环境下进行加热处理，使混合物的温度升高至900°C；

3、继续在真空度为1×10‑3的环境下保温1h，得到具有核壳结构的增强相体积分数为5vol.％的TiC增强钛基复合粉末。

实施例4

1、将100μm的TA15钛合金粉末和4μm的B4C粉末在氩气气氛中进行球磨处理5h，其中，TA15钛合金粉末的质量分数为99wt.％，B4C粉末的质量分数为1wt.％，球磨处理的转速为200r/min，球料比为4:1，在氩气气氛中静置6h后，得到混合物；

2、将混合物在真空度为1×10‑3的环境下进行加热处理，使混合物的温度升高至1000°C；

3、继续在真空度为1×10‑3的环境下保温1h，得到具有核壳结构的增强相体积分数为5vol.％的TiB TiC增强钛基复合粉末。

增材制造用陶瓷增强钛粉粉末表面形貌

粉末的宏观形貌