CN101497082A

CN101497082A - TiAl基复合材料板材的制备方法

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Publication number: CN101497082A
Application number: CNA2009100715855A
Authority: CN
Inventors: 张�杰; 宋益标; 耿林
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: CN101497082B

Abstract

TiAl基复合材料板材的制备方法，它涉及一种复合材料板材的制备方法。本发明解决了现有工艺制备TiAl基合金存在的组织均匀性差、组织致密性差，内氧化现象严重及用复合强韧化法只能制出块体TiAl基复合材料的问题。本发明的方法：一、铝基复合材料板材和纯钛板材交替叠层后热压，再经过热轧制成多层复合板材；二、热处理后即可。本发明的TiAl基复合材料板材的组织均匀性好，无内氧化现象，组织致密性好；本发明方法实现了板材型TiAl基复合材料的制备，与块体TiAl基复合材料相比，使用方便，应用范围广。

Description

TiAl基复合材料板材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料板材的制备方法。

背景技术

TiAl基合金是一种新型轻质耐热结构材料，比重不到镍基合金的50％，具有轻质、高强、耐蚀、耐磨、耐高温等优点，经过几十年的努力，目前TiAl基合金已经进入实用化发展阶段，TiAl基合金的铸件和锻件主要应用于航空航天发动机的机匣和叶片等部件，而TiAl基合金板材除了有望在航天和军事领域大量地直接用作结构材料外，还可以用作超塑性成型的预成形材料，制备航空和航天发动机的零部件以及超高速飞行器的翼和壳体等。然而，由于TiAl基合金具有本质脆性，制备TiAl基合金板材的难度很大。另外，TiAl基合金较低的室温强度、塑性和韧性，也限制了它的实际应用。

近几年发展起来的利用纯钛和纯铝箔多层轧制复合和热处理技术制备TiAl基合金多层复合板方法，为TiAl基合金的制备和应用开辟了新的途径，但是采用多层轧制复合和热处理技术制备TiAl基合金多层复合板的研究目前存在以下问题：1、由于纯钛和纯铝箔塑性变形抗力相差很大，在多层复合板材轧制过程中不能保证钛和铝的协调变形，使得到的TiAl基合金板材的组织均匀性差；2、采用钛箔和铝箔为原始材料，所得到的TiAl基合金板材中组织致密性差，存在严重的内氧化现象。

为了进一步提高TiAl基合金的室温和高温中和力学性能，人们又提出了通过在TiAl基合金中加入非连续陶瓷相的复合强韧化法制备出TiAl基复合材料，虽然此方法可明显提高TiAl基合金的综合力学性能，但目前所采用复合强韧化法的制备工艺，只能制备出块体TiAl基复合材料，而块体TiAl基复合材料需要进行轧制处理后才可使用，造成使用不便，限制了TiAl基复合材料的应用。

发明内容

本发明为了解决现有工艺制备TiAl基合金存在的组织均匀性差、组织致密性差，内氧化现象严重及用复合强韧化法只能制出块体TiAl基复合材料的问题，而提供了一种TiAl基复合材料的制作方法。

本发明TiAl基复合材料板材的制备方法按照以下步骤进行：一、将交替叠层的铝基复合材料板材和纯钛板材，在200～500℃、28～32MPa条件下热压0.5～3小时，然后在200～500℃条件下进行热轧制，即得到多层复合板材；二、步骤一制得的多层复合板材在500～700℃条件下热处理5～25小时，再在800～1000℃条件下热处理5～25小时，即得到TiAl基复合材料板材。

本发明的TiAl基复合材料板材以铝基复合材料板材和纯钛板材为原料，通过多层复合轧制变形加热处理来制备TiAl基复合材料板材。

本发明TiAl基复合材料板材制备的优点为：1、本发明方法利用铝基复合材料与纯钛的塑性变形抗力性能相近的特点，解决了复合材料轧制变形过程中钛和铝的协调性问题，本发明的TiAl基复合材料板材的组织均匀性好，TiAl基复合材料板材变形量为58～62％时，纯钛变形量为56～64％，铝基复合材料变形量为60～64％；2、本发明交替叠层的铝基复合材料板材和纯钛板材热压后的断面形态电镜图断面形态经电镜扫描后，由电镜图可以看出铝基复合材料板材和纯钛板材之间界面结合致密良好，组织致密性好，从而确保了本发明的TiAl基复合材料没有内氧化现象，本发明制备的TiAl基复合材料板材无内氧化现象；3、本发明解决了采用复合强韧化法的制备工艺只能制备出块体TiAl基复合材料的问题，实现板材型TiAl基复合材料的制备，不用再进行轧制处理，即可使用，使用方便，应用范围广。

附图说明

图1为具体实施方式六中交替叠层的铝基复合材料板材和纯钛板材热压后的断面形态电镜图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式TiAl基复合材料板材的制备方法按照以下步骤进行：一、将交替叠层的铝基复合材料板材和纯钛板材，在200～500℃、28～32MPa条件下热压0.5～3小时，然后在200～500℃条件下进行热轧制，即得到多层复合板材；二、步骤一制得的多层复合板材在500～700℃条件下热处理5～25小时，再在800～1000℃条件下热处理5～25小时，即得到TiAl基复合材料板材。

本实施方式步骤一中热压轧制到板材下压量为20％～80％为止。

本实施方式制备的TiAl基复合材料板材变形量为58～62％时，纯钛变形量为56～64％，铝基复合材料变形量为60～64％。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中铝基复合材料板材和纯钛板材交替叠层的层数为2n+1层，n为正整数，且n≤50；其中最外层均为纯钛板材。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

本实施方式制作得到的TiAl基复合材料板材厚度为1～9mm。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中的铝基复合材料板材的厚度为0.05～0.3mm。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中的纯钛板材的厚度为0.05～0.3mm。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二或四不同的是步骤一中铝基复合材料板材的制备按照以下步骤进行：一、将平均直径为0.5～3μm的碳化硅颗粒和平均直径为18～45μm的铝粉放置在球磨机中混合，然后将混合物放置在温度为550～650℃、压力为30～34MPa条件下热压烧结成直径为48～80mm的圆柱体，将圆柱体放置在400～600℃的条件下进行热挤压至厚度为4～12mm的板材，然后将板材放置在25～400℃条件下用双棍板带轧机热轧至厚度为0.1～2mm的板材，最后再用打磨机打磨至厚度为0.05～0.3mm，即得到铝基复合材料板材。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤一中将交替叠层的铝基复合材料板材和纯钛板材，在300～400℃、29～31MPa条件下热压。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

本实施方式交替叠层的铝基复合材料板材和纯钛板材热压后的断面形态电镜图如图1所示，由电镜图可以看出铝基复合材料板材和纯钛板材之间界面结合致密良好，组织致密性好，从而确保了本发明的TiAl基复合材料没有内氧化现象。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一、二、四或六不同的是步骤二中多层复合板材在550～650℃条件下热处理10～20小时，再在850～950℃条件下热处理10～20小时。其它步骤及参数与具体实施方式一、二、四或六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中将铝基复合材料板材和纯钛板材交替叠层的层数为5层，其中最外面两层为纯钛板材。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。

本实施方式制作得到的TiAl基复合材料板材厚度为1.2～8mm。

本实施方式制作得到的TiAl基复合材料板材中铝基复合材料板材和纯钛板材的叠层顺序依次为纯钛板材、铝基复合材料板材、纯钛板材。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中将厚度为铝基复合材料板材和纯钛板材交替叠层的层数为3层，其中最外面两层为纯钛板材。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。

本实施方式制作得到的TiAl基复合材料板材厚度为5.8mm。

具体实施方式十：本实施方式TiAl基复合材料板材的制备方法按照以下步骤进行：一、将交替叠层的铝基复合材料板材和纯钛板材，在400℃、30MPa条件下热压2小时，然后在400℃条件下进行热轧制，即得到多层复合板材；二、步骤一制得的多层复合板材在600℃条件下热处理15小时，再在900℃条件下热处理20小时，即得到TiAl基复合材料板材。

本实施方式步骤一中的铝基复合材料板材和纯钛板材交替叠层的层数为3层。

本实施方式步骤一中的铝基复合材料板材的厚度为0.2mm。

本实施方式步骤一中的纯钛板材的厚度为0.2mm。

本实施方式步骤一中热压轧制到板材下压量为60％为止。

本实施方式步骤一中铝基复合材料板材的制备按照以下步骤进行：一、将平均直径为2μm的碳化硅颗粒和平均直径为20μm的铝粉放置在球磨机中混合，然后将混合物放置在温度为600℃、压力为32MPa的条件下热压成直径为60mm的圆柱体，将圆柱体放置在500℃条件下进行热挤压烧结至厚为10mm的板材，然后将板材放置在200℃条件下用双棍板带轧机热轧至厚度为0.5mm的板材，最后再用打磨机打磨至厚度为0.2mm，即得到铝基复合材料板材。

本实施方式制作得到的TiAl基复合材料板材厚度为1mm。

本实施方式制作得到的TiAl基复合材料板材中两种板材从上自下的顺序依次为纯钛板材、铝基复合材料板材、纯钛板材。

本实施方式制备的TiAl基复合材料板材变形量为60％，纯钛变形量为59％，铝基复合材料变形量为61％。

Claims

1、TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于TiAl基复合材料板材的制备方法按照以下步骤进行：一、将交替叠层的铝基复合材料板材和纯钛板材，在200～500℃、28～32MPa条件下热压0.5～3小时，然后在200～500℃条件下进行热轧制，即得到多层复合板材；二、步骤一制得的多层复合板材在500～700℃条件下热处理5～25小时，再在800～1000℃条件下热处理5～25小时，即得到TiAl基复合材料板材。

2、根据权利要求1所述的TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤一中铝基复合材料板材和纯钛板材交替叠层的层数为2n+1层，n为正整数，且n≤50；其中最外层均为纯钛板材。

3、根据权利要求1或2所述的TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤一中的铝基复合材料板材的厚度为0.05～0.3mm。

4、根据权利要求3所述的TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤一中的纯钛板材的厚度为0.05～0.3mm。

5、根据权利要求1、2或4所述的TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤一中铝基复合材料板材的制备按照以下步骤进行：一、将平均直径为0.5～3μm的碳化硅颗粒和平均直径为18～45μm的铝粉放置在球磨机中混合，然后将混合物放置在温度为550～650℃、压力为30～34MPa的条件下热压烧结成直径为48～80mm的圆柱体，将圆柱体放置在400～600℃条件下进行热挤压至厚度为4～12mm的板材，然后将板材放置在25～400℃条件下用双棍板带轧机热轧至厚度为0.1～2mm的板材，最后再用打磨机打磨至厚度为0.05～0.3mm，即得到铝基复合材料板材。

6、根据权利要求5所述的TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤一中将交替叠层的铝基复合材料板材和纯钛板材，在300～400℃、29～31MPa条件下热压1～2小时。

7、根据权利要求1、2、4或6所述的TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤二中多层复合板材在550～650℃条件下热处理10～20小时，再在850～950℃条件下热处理10～20小时。