1.本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高强耐磨抗高温氧化钛铝合金材料及其制备方法。
背景技术：
2.tial基合金因其轻质高强、较高的室温比模量和比强度、良好的高温抗蠕变性能等优异的特点，对提高航空航天、车辆发动机的推重比和燃油效率具有重要作用，被广泛应用于航空航天和汽车工业。但tial基合金的室温塑形和耐磨性差、在800℃以上抗氧化性不足等成为其应用的瓶颈，如何提高这方面的性能备受广大研究者的重视。
3.tial4822合金为第二代tial合金，最早由美国空军材料研究所和ge公司共同完成，具有较高的室温塑性，先后被howmet公司、ge公司和波音公司等应用在发动机低压涡轮6、7级叶片上，被认为最具工程开发价值的一种tial合金。由于其常处于高温度、高压力和高磨损的服役工况，如何提高其强度、耐磨性能和抗高温氧化性能是一个亟待解决的问题。
4.近年来，各国研究人员在tial基合金的成分设计以及组织控制等方面进行了一些研究，如：热处理、合金化、引入增强相等，使tial基合金的力学性能得到明显的提高。明星材料石墨烯纳米片(graphene nanoplates，gn)以超薄高强的特性能为复合材料的开发提供了原动力，也被认为是理想的增强体；另外，钼元素的添加，改变了合金材料的氧化机理，能显著增强合金材料的抗高温氧化性能。
5.为此，有必要针对上述问题，提出一种钛铝合金材料的制备方法，其能够解决现有技术中存在的问题。
技术实现要素：
6.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高强耐磨抗高温氧化钛铝合金材料及其制备方法，采用机械球磨和真空热压烧结的方法完善钛铝合金的创新发展，工艺简单，效果显著。
7.本发明采用以下技术方案：
8.一种高强耐磨抗高温氧化钛铝合金材料的制备方法，将tial4822预合金粉、石墨烯纳米片和钼进行湿法球磨混合，得到混合粉末；将混合粉末压制成坯料；经真空热压烧结得到钛铝合金复合材料。
9.具体的，按以下质量百分比计：tial4822预合金粉为99.0％、96.0％或95.0％，石墨烯纳米片为0％或1.0％，钼为0％或4.0％。
10.进一步的，tial4822预合金粉按质量百分数计，包括：0.013％的碳，0.067％的氧，0.003％的氮，0.01％的硅，0.051％铁，2.30％的铬，4.80％的铌，32.47％铝，余量为钛。
11.具体的，湿法球磨混合过程中，磨球和球磨罐均为氧化锆材质，使用的球料比为4:1，球磨时间为12h，转速为300r/min。
12.进一步的，磨球的直径为5mm，球磨罐直径为100mm。
13.进一步的，球磨罐内的真空度为10
‑1pa。
14.具体的，球磨混合后的粉末先放入真空干燥箱中，在65℃干燥12h。
15.具体的，将混合粉末装入模具中，在25mpa的压力下进行压制得到坯料。
16.具体的，烧结温度为1200℃，焙烧时间为60min，然后随炉冷却。
17.本发明的另一个技术方案是，所述方法制备的高强耐磨抗高温氧化钛铝合金材料。
18.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
19.本发明一种高强耐磨抗高温氧化钛铝合金材料的制备方法，将tial4822预合金粉、石墨烯纳米片和纯钼粉进行湿法球磨混合，得到混合粉末；将混合粉末压制成坯料；经真空热压烧结得到钛铝合金复合材料，工艺简单，进一步的提升tial4822合金的服役性能。
20.进一步的，所选tial4822合金实际质量分数为：碳为0.013％，氧为0.067％，氮为0.003％，硅为0.01％，铁为0.051％，铬为2.30％，铌为4.80％，铝为32.47％，余量为钛。tial4822合金为第二代tial合金，具有较好的塑性加工性能和广泛的应用领域。
21.进一步的，1.0％的石墨烯纳米片为最优含量的优质增强相，能提高tial4822合金的硬度和耐磨性能；4.0％钼为最优含量的钼元素添加量，能提高tial4822合金的抗高温氧化性能。
22.进一步的，机械湿法球磨能有效的把粉均匀混合，以无水乙醇为湿磨介质，球料比为4∶1，球磨时间为12h，球磨机转速设为300r/min。
23.进一步的，磨球和球磨罐均为氧化锆材质，质地坚硬，不会破损，进而影响粉末纯度；磨球的直径为5mm，球磨罐直径为100mm，有效混合粉末。
24.进一步的，为防止粉末氧化，对球磨罐抽真空处理，使球磨罐内真空度保持在10
‑1pa。
25.进一步的，球磨后，将混合后的粉末放入真空干燥箱中进行干燥，65℃干燥12h，保证粉末纯度。
26.进一步的，将混合后的粉装入模具中，在25mpa的压力下进行压制，得到坯料，避免压力太大出现漏粉现象，亦能有效避免粉末孔隙过大造成烧结缺陷。
27.进一步的，模具与粉料之间用石墨纸隔开，避免坯料与模具反应。
28.进一步的，烧结温度为1200℃，焙烧60min后随炉冷却，得到组织细小均匀tial4822合金复合材料。
29.综上所述，该种高强耐磨抗高温氧化钛铝合金材料制备方法，工艺简单，效果显著。
30.下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
31.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
32.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下
文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
33.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
34.本发明提供了一种高强耐磨抗高温氧化钛铝合金材料的制备方法，按以下质量百分比进行配料：tial4822预合金粉为99.0％/95.0％/94.0％，石墨烯纳米片为0/1.0％，钼为0/4.0％；将tial4822预合金粉、石墨烯纳米片和钼粉在行星式球磨机中进行湿法球磨混合；将混合后的粉装入模具中，在25mpa的压力下进行压制，得到坯料；将上述坯料真空热压烧结，得到钛铝合金复合材料。本发明中的钛铝合金材料具有良好的强度、耐磨性能和抗高温氧化性能，具有更广泛的应用价值。
35.本发明一种高强耐磨抗高温氧化钛铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
36.s1、按以下质量百分比进行配料：tial4822预合金粉为99.0％、96.0％或95.0％，石墨烯纳米片为0％或1.0％，钼为0％或4.0％；
37.tial4822化学成分为：碳为0.013％，氧为0.067％，氮为0.003％，硅为0.01％，铁为0.051％，铬为2.30％，铌为4.80％，铝为32.47％，余量为钛。
38.s2、将tial4822预合金粉、石墨烯纳米片和钼粉在行星式球磨机中进行湿法球磨混合；
39.球磨罐和磨球(球磨罐的直径为100mm、磨球的直径为5mm)材质均为氧化锆，球料比为4∶1，以无水乙醇为湿磨介质，球磨时间为12h，球磨机转速设为300r/min；球磨后，将混合后的粉末放入真空干燥箱中进行干燥，65℃干燥12h。
40.为防止粉末氧化，对球磨罐抽真空处理，使球磨罐内真空度保持在10
‑1pa。
41.s3、将混合后的粉装入模具中，在25mpa的压力下进行压制，得到坯料；
42.模具与粉料之间用石墨纸隔开，避免坯料与模具反应。
43.s4、将上述坯料真空热压烧结，得到钛铝合金复合材料。
44.烧结温度为1200℃，焙烧60min后随炉冷却，得到钛铝合金复合材料。
45.本发明方法制备的钛铝合金复合材料具有良好的的强度、耐磨性能和抗高温氧化性能，1.0％的石墨烯纳米片为最优含量的优质增强相，能提高tial4822合金的硬度和耐磨性能；4.0％钼为最优含量的钼元素添加量，能提高tial4822合金的抗高温氧化性能。而且，烧结温度为1200℃，保温60min，随炉冷却，使得tial4822合金为典型的γtial合金，且晶粒细小，组织性能更好。
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.实施例1
48.本实施例的制备方法包括以下步骤：
49.步骤一：将tial4822合金粉装入模具中，在25mpa的压力下进行压制，得到坯料；模
具与粉料之间用石墨纸隔开，避免坯料与模具反应。
50.步骤二：将上述坯料真空热压烧结，得到钛铝合金复合材料；烧结温度为1200℃，焙烧60min后随炉冷却，得到钛铝合金复合材料。
51.根据上述实施例中的方法制备的tial4822合金材料具有良好的致密度，采用数显显微硬度、球
‑
盘线性往复式摩擦磨损试验机、马弗炉和精密电子天平分别测试其显微硬度、摩擦系数和磨损率、氧化增益。经检测，显微硬度240.5hv，摩擦系数为0.6026，磨损率为0.1345 10
‑4mg/n
·
m，氧化增重为3.92mg/cm2。
52.实施例2
53.本实施例的制备方法包括以下步骤：
54.步骤一：按以下质量百分比进行配料：tial4822预合金粉为99.0％，石墨烯纳米片为1.0％；其中，tial4822化学成分为：碳为0.013％，氧为0.067％，氮为0.003％，硅为0.01％，铁为0.051％，铬为2.30％，铌为4.80％，铝为32.47％，余量为钛。
55.步骤二：将tial4822预合金粉和石墨烯纳米片在行星式球磨机中进行湿法球磨混合；球磨罐和磨球(球磨罐直径为100、磨球的直径为5mm)材质均为氧化锆，球料比为4∶1，球磨时间为12h，球磨机转速设为300r/min。为防止粉末氧化，使球磨罐内真空度保持在10
‑1pa。球磨后，将混合后的粉末放入真空干燥箱中进行干燥，65℃干燥12h。
56.步骤三：将混合后的粉装入模具中，在25mpa的压力下进行压制，得到坯料；模具与粉料之间用石墨纸隔开，避免坯料与模具反应。
57.步骤四：将上述坯料真空热压烧结，得到钛铝合金复合材料；烧结温度为1200℃，焙烧60min后随炉冷却，得到钛铝合金复合材料。
58.根据上述实施例中的方法制备的tial4822合金复合材料具有良好的致密度，采用数显显微硬度、球
‑
盘线性往复式摩擦磨损试验机、马弗炉和精密电子天平分别测试其显微硬度、摩擦系数和磨损率、氧化增益。经检测，显微硬度302hv，提高了25.9％；摩擦系数为0.5642，降低了6.4％；磨损率为0.0546 10
‑4mg/n
·
m，降低了59.4％；氧化增重为3.77mg/cm2，降低了3.8％。
59.实施例3
60.本实施例的制备方法包括以下步骤：
61.步骤一：按以下质量百分比进行配料：tial4822预合金粉为96.0％，钼为4.0％；其中，tial4822化学成分为：碳为0.013％，氧为0.067％，氮为0.003％，硅为0.01％，铁为0.051％，铬为2.30％，铌为4.80％，铝为32.47％，余量为钛。
62.步骤二：将tial4822预合金粉和钼粉在行星式球磨机中进行湿法球磨混合；球磨罐和磨球(直径为100、5mm)材质均为氧化锆，球料比为4∶1，球磨时间为12h，球磨机转速设为300r/min。为防止粉末氧化，使球磨罐内真空度保持在10
‑1pa。球磨后，将混合后的粉末放入真空干燥箱中进行干燥，65℃干燥12h。
63.步骤三：将混合后的粉装入模具中，在25mpa的压力下进行压制，得到坯料；模具与粉料之间用石墨纸隔开，避免坯料与模具反应。
64.步骤四：将上述坯料真空热压烧结，得到钛铝合金复合材料；烧结温度为1200℃，焙烧60min后随炉冷却，得到钛铝合金复合材料。
65.根据上述实施例中的方法制备的tial4822合金复合材料具有良好的致密度，采用
数显显微硬度、球
‑
盘线性往复式摩擦磨损试验机、马弗炉和精密电子天平分别测试其显微硬度、摩擦系数和磨损率、氧化增益。经检测，显微硬度287.8hv，提高了19.7％；摩擦系数为0.5898，降低了2.2％；磨损率为0.0959 10
‑4mg/n
·
m，降低了28.7％；氧化增重为2.86mg/cm2，降低了27.0％。
66.实施例4
67.本实施例的制备方法包括以下步骤：
68.步骤一：按以下质量百分比进行配料：tial4822预合金粉为94.0％，石墨烯纳米片为1.0％，钼为4.0％；其中，tial4822化学成分为：碳为0.013％，氧为0.067％，氮为0.003％，硅为0.01％，铁为0.051％，铬为2.30％，铌为4.80％，铝为32.47％，余量为钛。
69.步骤二：将tial4822预合金粉、石墨烯纳米片和钼粉在行星式球磨机中进行湿法球磨混合；球磨罐和磨球(球磨罐直径为100、磨球的直径为5mm)材质均为氧化锆，球料比为4∶1，球磨时间为12h，球磨机转速设为300r/min。为防止粉末氧化，使球磨罐内真空度保持在10
‑1pa。球磨后，将混合后的粉末放入真空干燥箱中进行干燥，65℃干燥12h。
70.步骤三：将混合后的粉装入模具中，在25mpa的压力下进行压制，得到坯料；模具与粉料之间用石墨纸隔开，避免坯料与模具反应。
71.步骤四：将上述坯料真空热压烧结，得到钛铝合金复合材料；烧结温度为1200℃，焙烧60min后随炉冷却，得到钛铝合金复合材料。
72.根据上述实施例中的方法制备的tial4822合金复合材料具有良好的致密度，采用数显显微硬度、球
‑
盘线性往复式摩擦磨损试验机、马弗炉和精密电子天平分别测试其显微硬度、摩擦系数和磨损率、氧化增益。经检测，显微硬度299.2hv，提高了24.4％；摩擦系数为0.5898，降低了8.6％；磨损率为0.0478 10
‑4mg/n
·
m，降低了64.5％；氧化增重为2.88mg/cm2，降低了26.5％。
73.综上所述，本发明一种高强耐磨抗高温氧化钛铝合金材料的制备方法，工艺简单，效果显著，通过石墨烯和钼的添加增强钛铝合金材料的组织性能。
74.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。