本发明属于钛基复合材料的制备，具体涉及一种钛基复合材料的制备工艺，具体为一种tc4基钛基复合材料的制备工艺。
背景技术：
1、钛基复合材料以其高的比强度、比刚度和抗高温特性而成为超高音速宇航飞行器和下一代先进航空发动机的候选材料。钛基复合材料的研究始于70年代。80年代中期，美国航天飞机(nasp)和整体高性能涡轮发动机技术(ihptet)以及欧洲、日本同类发展计划的实施促进了钛基复合材料的发展。
2、近年来，伴随着我国航空工业的迅速发展，对于飞行器用结构材料的性能也提出了新的要求，即在具备高强度与低密度的情况下同时实现拥有较长的使用寿命，以实现日趋复杂的服役条件。而钛基复合材料质量轻、比强度高，有着优异的耐腐蚀及耐高温等综合性能，从而取得了较为良好的经济效益。故而在飞行器及航空发动机上都取得了广泛应用。
3、钛基复合材料大致可分为连续纤维增强钛基复合材料(crtmcs)与非连续增强钛基复合材料(drtmcs)。而非连续增强钛基复合材料的出现与发展与纤维增强的钛基复合材料的发展受到成本高、加工工艺复杂等因素的限制密不可分，相对而言，非连续增强钛基复合材料性能提升显著、制备工艺简单，目前也已经成为一大研究热点。
4、非连续增强的钛基复合材料具有较高的强度、比刚度、蠕变抗力和抗疲劳性能，可以满足高性能航天器的结构要求，从而减少油耗，延长飞行器的飞行时间，具备更好的机动性能。尤其是增强体呈网络结构分布时，复合材料塑性得到进一步改善，其服役温度较传统钛合金可有效提升，因此在航空航天、汽车制造以及工业生产等领域具有广阔的应用前景。到目前为止，非连续增强钛基复合材料已经成功应用于导弹壳体、飞机发动机等领域。荷兰sp航宇制造了第一架采用钛基复合材料作为起落架的飞机，用钛基复合材料研制的起落架撑杆已经安装到荷兰本国的f16战斗机上。而美国dynamet公司研发的tic/ti-6al-4v复合材料，已经用在了半球形火箭壳、导弹尾翼和飞机发动机零部件上，同时美国也计划在f22z战机和f119发动机上使用drtmcs以减轻飞机质量。
5、近年来我国在钛基复合材料领域也取得了众多研究进展，突破了一系列技术难点。但就目前而言，仍然存在以下技术问题：加工制造技术难度大，材料的塑性变形及强度等性能有待提升等。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明提供一种钛基复合材料的制备工艺，通过本发明制备工艺开发一种高强、高强韧、耐高温的tc4基复合材料。本发明通过在石墨烯增强体基础上加入稀土元素，制备一种高强、高强韧、耐高温的tc4基复合材料，可用于3d打印技术开展drtmcs构件。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种钛基复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
4、s101、制备石墨烯/tc4钛合金粉末；
5、s102、在氩气气氛下装料，升温至2000～2200℃时加入稀土元素y，搅拌使其充分熔化，后静置；温度降至1800～1900℃时加入精炼剂zncl2；温度降至1750℃时浇铸成锭坯；将锭坯在600℃～900℃下均匀化退火12～14h；
6、s103、在800～880℃下对锭坯进行热挤压同时施加电脉冲500～650s，得到棒材；
7、s104、将棒材升温至800～840℃，保温2～4h，而后进行轧制，轧制速率为200～350r/min，轧制温度为850～900℃，每道次轧制的变形量为15～25％，重复升温、轧制，直至棒材直径为20～30mm为止；
8、s105、将棒材经打磨后放入拉丝模具中进行拉拔，拉拔的每道次变形程度为4～6％，拉拔温度为800～900℃，重复拉拔，直至丝材直径为1～1.8mm停止，得到钛基复合材料丝材。
9、进一步，所述s101的具体步骤为：
10、1)将氧化石墨烯(graphene oxide，go)分散在无水乙醇与去离子水的混合液中，超声，得go分散液，并在磁力搅拌状态下加入tc4合金粉，搅拌，得混合溶液；
11、2)、将混合溶液离心，并对离心得到的固体干燥，将干燥后的粉末研磨30min，得go/tc4钛合金粉末；
12、3)、将上述go/tc4钛合金粉末在h2体积分数为10％的h2/ar混合气体下，600℃保温180min，得还原的氧化石墨烯(reduced graphene oxide，rgo)与tc4钛合金粉末，即石墨烯/tc4钛合金粉末。
13、进一步，所述s101中go与tc4合金粉的质量比为0.008-0.012。
14、进一步，所述s102中稀土元素y的用量为tc4合金粉中钛含量的5～8wt％。
15、进一步，所述s102中精炼剂zncl2的用量为tc4合金粉的2～8wt％。
16、进一步，所述s103中热挤压的挤压比为45～60:1，挤压速度为0.5～1.0mm/s。
17、进一步，所述s103中电脉冲参数为：电压120～150v，电流6×109～8×109a/m2，脉宽为15～25μm，脉冲频率400～600hz，占空比0.005～0.01。
18、进一步，所述制备工艺还包括所制备的钛基复合材料丝材用于3d打印技术，如tig电弧增材制造、paw电弧增材制造、cmt电弧增材制造、gtaw电弧增材制造、选区激光熔化成形(slm)中的任意一种。
19、更进一步，所述选区激光熔化成形制备钛基复合材料的过程具体为：通过选区激光熔化成形采用激光功率250-400w，扫描速度600-800mm/s打印出钛基复合材料试样。
20、更进一步，所述钛基复合材料试样的抗拉强度为1200～1400mpa，延伸率为30～45％。
21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
22、1、本发明采用了稀土元素y增强石墨烯作为增强体的tc4钛合金，加入稀土元素y后可以细化石墨烯作为增强体的tc4钛合金的微观组织，在石墨烯提高tc4钛合金塑性的同时，稀土元素y通过改变tc4钛合金的断裂机制，进一步改善其塑性，即可得到高塑性的tc4钛合金。
23、2、本发明加入稀土元素y可以在tc4钛合金中形成热稳定性高的金属间化合物，弥散分布于晶界及晶内，阻碍晶粒长大，提高其在高温和常温下的强度；使用稀土元素y增强tc4钛合金复合材料解决了其存在的冲击强度弱、成型能力差、变形能力差等问题。
24、3、本发明的钛基复合材料制备工艺，采用了热挤压和电脉冲进行的丝材成型方法，经挤压后的工件具有灵活性好、挤压产品尺寸精度高，表面质量好等优势；电脉冲处理降低了原子的扩散活化能，同时增加了原子迁移率，促进原子的扩散，从而有利于消除位错，改善了重结晶的形核能力，细化晶粒，使晶相分布均匀，材料内应力减小，最终使钛基复合材料的抗拉强度及延伸率明显提升。本发明制备工艺可以改变常规制备工艺中对于钛基复合材料难以制备的问题，改善钛基复合材料存在的变形性能较差，成型性能不好等一系列缺点。
25、4、本发明制备的丝材用于3d打印技术中，钛基复合材料的制备就变的简单，成本低，效率高，材料适用性广泛，且不受成型零件尺寸限制的优点，适合应用在钛合金这类轻量化设计的复杂构件中。
1.一种钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，该制备工艺包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述s101的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述s101中go与tc4合金粉的质量比为0.008-0.012。
4.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述s102中稀土元素y的用量为tc4合金粉中钛含量的5～8wt％。
5.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述s102中精炼剂zncl2的用量为tc4合金粉的2～8wt％。
6.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述s103中热挤压的挤压比为45～60:1，挤压速度为0.5～1.0mm/s。
7.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述s103中电脉冲参数为：电压120～150v，电流6×109～8×109a/m2，脉宽为15～25μm，脉冲频率400～600hz，占空比0.005～0.01。
8.根据权利要求1所述的钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺还包括所制备的钛基复合材料丝材用于3d打印技术，如tig电弧增材制造、paw电弧增材制造、cmt电弧增材制造、gtaw电弧增材制造、选区激光熔化成形中的任意一种。
9.根据权利要求8所述的钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述选区激光熔化成形制备钛基复合材料的过程具体为：通过选区激光熔化成形采用激光功率250-400w，扫描速度600-800mm/s打印出钛基复合材料试样。
10.根据权利要求9所述的钛基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述钛基复合材料试样的抗拉强度为1200～1400mpa，延伸率为30～45％。
