CN103057203B - 一种层状NiAl材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种层状NiAl材料及其制备方法，涉及NiAl材料及其制备方法的领域。本发明是要解决现有的NiAl材料制备方法制备得到的NiAl材料由于其本质脆性，使得制备NiAl基合金板材的难度大的问题。一种层状NiAl材料，是由Ni箔和Al箔交替叠层后制备而成的，层状NiAl材料的晶粒呈层状分布。制备方法：一、准备Ni箔和Al箔；二、第一次热压处理；三、热处理后，进行第二次热压处理，即得到层状NiAl材料。一种层状NiAl材料的制备方法制备得到了粗晶和细晶层状分布的层状NiAl材料，兼具有细晶材料在室温下的优势和粗晶材料在高温下的优势，使层状NiAl材料克服了本质脆性的缺点。本发明适用于高温结构材料领域。
Description
技术领域
本发明涉及NiAl材料及其制备方法。
背景技术
金属间化合物由于存在金属键和共价键，共价键使得原子间结合力增强，化学键趋于稳定，从而使其具有高熔点、高硬度的特性；另外金属间化合物具有良好的抗氧化性，同时由于原子间的结合力增强，扩散减慢，导致蠕变激活能提高，从而具有高的抗蠕变性能。在众多的金属间化合物中，NiAl基金属间化合物引起了国内外材料学者广泛的关注和研究，由于其密度低，在性能和成本上同时具有很大优势，因此被视为很有前景的高温结构材料。
在过去的30多年里，NiAl材料一直应用于航空发动机涡轮叶片和导向叶片的防护涂层，以及Ni基合金和Co基合金零件的涂层。但同时，NiAl金属间化合物室温塑性差、断裂抗力及高温强度低等不足严重阻碍了它更大程度的实用化。为此，国内外研究者采用了合金化、制备多相合金、制备复合材料、定向凝固、机械合金化、热压及热等静压、燃烧合成以及微晶涂层等工艺，大大改善了NiAl合金的力学性能。
NiAl基合金板材的制备是NiAl基合金实用化研究中最为重要的课题之一。然而，由于NiAl基合金具有本质脆性，制备NiAl基合金板材的难度很大，使NiAl的应用受到限制。
发明内容
本发明是要解决现有的NiAl材料制备方法制备得到的NiAl材料由于其本质脆性，使得制备NiAl基合金板材的难度大的问题，而提供了一种层状NiAl材料及其制备方法。
一种层状NiAl材料，是由Ni箔和Al箔交替叠层后制备而成的，层状NiAl材料的晶粒呈层状分布。
一种层状NiAl材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、准备Ni箔和Al箔，并对Ni箔和Al箔进行表面清洁处理；
二、将经步骤一处理的Ni箔和Al箔交替叠层放置后，在真空度小于1Pa的条件下，加热至300℃～500℃，同时施加10MPa～30MPa的机械压力，恒温恒压0.5h～1.5h后，卸去压力，得到初材料；
三、将经步骤二处理得到的初材料加热至1150℃～1450℃，保温1h～3h，然后，降温至800℃～1100℃，同时施加10MPa～40MPa的机械压力，恒温恒压0.5h～1.5h后，卸去压力并冷却至室温，即得到层状NiAl材料，其中，层状NiAl材料的晶粒呈层状分布。
本发明的优点：一、本发明的一种层状NiAl材料的制备方法中，通过将Ni箔和Al箔层叠后进行高温热处理，得到了晶粒尺寸层状分布的层状NiAl材料，由于层状NiAl材料中，兼具有细晶材料和粗晶材料在室温和高温下的优势，使层状NiAl材料从根本上克服了本质脆性的缺点；二、本发明的一种层状NiAl材料的制备方法，生产工艺简单，周期短，成本低，易工业化生产；三、本发明的一种层状NiAl材料的制备方法制备得到的层状NiAl材料，通过调整Ni箔和Al箔厚度，可得到粗细晶不同厚度的层状NiA材料。
附图说明
图1为试验一得到的层状NiAl材料的扫描电子显微镜的背散射图。
图2为试验一得到的层状NiAl材料的EBSD图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种层状NiAl材料，它是由Ni箔和Al箔交替叠层后制备而成的，层状NiAl材料的晶粒呈层状分布。
本实施方式所述的晶粒，由于晶粒大小对金属材料高温力学性能的影响很大，当使用温度低于等强温度时，细晶粒有较高的强度；当使用温度高于等强温度时，粗晶粒合金有较高的蠕变极限和持久强度极限，所述的层状NiAl材料晶粒呈层状分布，兼具细晶材料、粗晶材料在室温和高温下的优势，其独特的层状结构使其具有良好的力学性能。
本实施方式的优点：一、本实施方式的一种层状NiAl材料的制备方法中，通过将Ni箔和Al箔层叠后进行高温热处理，得到了晶粒尺寸层状分布的层状NiAl材料，由于层状NiAl材料中，兼具有细晶材料和粗晶材料在室温和高温下的优势，使层状NiAl材料从根本上克服了本质脆性的缺点；二、本实施方式的一种层状NiAl材料的制备方法，生产工艺简单，周期短，成本低，易工业化生产；三、本实施方式的一种层状NiAl材料的制备方法制备得到的层状NiAl材料，通过调整Ni箔和Al箔厚度，可得到粗细晶不同厚度的层状NiA材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：所述的Ni箔的厚度为0.05mm～0.5mm；所述的Al箔的厚度为0.05mm～0.5mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于：所述的由Ni箔和Al箔交替叠层后，上表面和下表面都为Ni箔。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式提供了一种层状NiAl材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、准备Ni箔和Al箔，并对Ni箔和Al箔进行表面清洁处理；
二、将经步骤一处理的Ni箔和Al箔交替叠层放置后，在真空度小于1Pa的条件下，加热至300℃～500℃，同时施加10MPa～30MPa的机械压力，恒温恒压0.5h～1.5h后，卸去压力，得到初材料；
三、将经步骤二处理得到的初材料加热至1150℃～1450℃，保温1h～3h，然后，降温至800℃～1100℃，同时施加10MPa～40MPa的机械压力，恒温恒压0.5h～1.5h后，卸去压力并冷却至室温，即得到层状NiAl材料，其中，层状NiAl材料的晶粒呈层状分布。
本实施方式所述的步骤二的加热处理，是为了使箔材界面紧密结合，便于后续反应退火热处理的顺利进行。
本实施方式所述的步骤三的无压真空加热处理，是为了使得Ni与Al发生反应，生成层状NiAl材料。
本实施方式所述的步骤三的降温后进行的热压处理，是为了使使得层状NiAl材料致密化。
本实施方式所述的晶粒，由于晶粒大小对金属材料高温力学性能的影响很大，当使用温度低于等强温度时，细晶粒有较高的强度；当使用温度高于等强温度时，粗晶粒合金有较高的蠕变极限和持久强度极限，所述的层状NiAl材料晶粒呈层状分布，兼具细晶材料、粗晶材料在室温和高温下的优势，其独特的层状结构使其具有良好的力学性能。
本实施方式的优点：一、本实施方式的一种层状NiAl材料的制备方法中，通过将Ni箔和Al箔层叠后进行高温热处理，得到了晶粒尺寸层状分布的层状NiAl材料，由于层状NiAl材料中，兼具有细晶材料和粗晶材料在室温和高温下的优势，使层状NiAl材料从根本上克服了本质脆性的缺点；二、本实施方式的一种层状NiAl材料的制备方法，生产工艺简单，周期短，成本低，易工业化生产；三、本实施方式的一种层状NiAl材料的制备方法制备得到的层状NiAl材料，通过调整Ni箔和Al箔厚度，可得到粗细晶不同厚度的层状NiA材料。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同点在于：所述的步骤一中的Ni箔的厚度为0.05mm～0.5mm；Al箔的厚度为0.05mm～0.5mm。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五的不同点在于：所述的步骤一中的表面处理的方法：用丙酮擦洗Ni箔的表面和Al箔的表面，然后，对Ni箔进行酸洗，对Al箔进行碱洗，最后，分别用水进行冲洗后，干燥。其它与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一的不同点在于：所述的步骤二中的由Ni箔和Al箔交替叠层后，上表面和下表面分别为Ni箔。其它与具体实施方式四至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一的不同点在于：所述的步骤二中的加热速率为5℃/min～15℃/min。其它与具体实施方式四至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一的不同点在于：所述的步骤三中的升温的速率为8℃/min～12℃/min。其它与具体实施方式四至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一的不同点在于：所述的步骤三中的降温的速率为8℃/min～12℃/min。。其它与具体实施方式四至九相同。
采用以下试验验证本发明的效果：
试验一：一种层状NiAl材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
一、准备Ni箔和Al箔，并对Ni箔和Al箔进行表面处理；其中，所述的Ni箔的厚度为0.1mm；所述的Al箔的厚度为0.15mm；所述的表面处理为用丙酮擦洗Ni箔的表面和Al箔的表面，然后，对Ni箔进行酸洗，对Al箔进行碱洗，最后，分别用水进行冲洗后，干燥；
二、将经步骤一处理的Ni箔和Al箔交替叠层放置后，最上层和最下层都为Ni箔，在真空度小于0.01Pa的条件下，以10℃/min加热速率加热至500℃，同时施加30MPa的机械压力，恒温恒压1.5h后，卸去压力，得到初材料；
三、将经步骤二处理得到的初材料以10℃/min的升温速率升温至1400℃，保温1h，然后，以10℃/min的降温速率降温至1100℃，同时施加30MPa的机械压力，恒温恒压0.5h后，卸去压力并冷却至室温，即得到层状NiAl材料。
对试验一得到的层状NiAl材料进行扫描电子显微镜的背散射测试，得到图1。图1为试验一得到的层状NiAl材料的扫描电子显微镜的背散射图。从图1中可以观察到层状NiAl材料的微观形貌，材料致密，且成分均一无明显原子序数衬度，说明全部生成NiAl。
对试验一得到的层状NiAl材料进行电子背散射衍射（EBSD）的测试，得到图2。图2为试验一得到的层状NiAl材料的EBSD图。从图2中可以观察到晶粒的尺寸呈现层状分布的现象，大晶粒与小晶粒尺寸相差近10倍；说明层状NiAl材料中是粗晶和细晶共同存在的，使得NiAl材料同时具有细晶粒在室温下有较高的强度和塑性；粗晶粒在高温下有较高的蠕变极限和持久强度极限的良好的力学性能。
Claims (6)
1.一种层状NiAl材料的制备方法，其特征在于：该方法具体是按以下步骤完成的：
一、准备Ni箔和Al箔，并对Ni箔和Al箔进行表面清洁处理；
二、将经步骤一处理的Ni箔和Al箔交替叠层放置后，在真空度小于1Pa的条件下，加热至300℃～500℃，同时施加10MPa～30MPa的机械压力，恒温恒压0.5h～1.5h后，卸去压力，得到初材料；所述的步骤二中的由Ni箔和Al箔交替叠层后，上表面和下表面分别为Ni箔；
三、将经步骤二处理得到的初材料加热至1150℃～1450℃，保温1h～3h，然后，降温至800℃～1100℃，同时施加10MPa～40MPa的机械压力，恒温恒压0.5h～1.5h后，卸去压力并冷却至室温，即得到层状NiAl材料，其中，层状NiAl材料的晶粒呈层状分布。
2.根据权利要求1所述的一种层状NiAl材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中的Ni箔的厚度为0.05mm～0.5mm；Al箔的厚度为0.05mm～0.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种层状NiAl材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中的表面处理的方法：用丙酮擦洗Ni箔的表面和Al箔的表面，然后，对Ni箔进行酸洗，对Al箔进行碱洗，最后，分别用水进行冲洗后，干燥。
4.根据权利要求1或2所述的一种层状NiAl材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤二中的加热速率为5℃/min～15℃/min。
5.根据权利要求1或2所述的一种层状NiAl材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤三中的升温的速率为8℃/min～12℃/min。
6.根据权利要求1或2所述的一种层状NiAl材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤三中的降温的速率为8℃/min～12℃/min。
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