CN103639235A - Ti-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法 - Google Patents

Ti-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法。所述制备方法包括：以钛合金管材作为内管坯和外管坯，中间填充中间夹层，将内管坯和外管坯两端部焊合，使内管坯和外管坯之间的环形腔体为密闭的；然后对内管坯和外管坯之间的环形腔体抽真空，将内管坯、外管坯与中间夹层放入模具内，将内管坯内部填满颗粒介质，并将内管坯、外管坯、金属中间夹层、模具以及颗粒介质升高到设定温度，保证金属中间夹层为固态；通过压头向下移动挤压颗粒介质，使外管坯贴住模具的内壁，然后保压一段时间S，使内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al的扩散和反应，生成Ti-Al金属间化合物。

Description

Ti-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属基层状复合材料管类构件制造领域，具体一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管及其原位成形制备一体化制造方法，或一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法。
背景技术
Ti-Al系金属间化合物由于具有密度小、比强度高、高温力学性能和抗氧化性能优异等特点,成为近年来人们研究开发的热点,Ti-Al层状复合材料被认为是一类很有发展前景的航空航天高温结构材料，但目前，Ti-Al层状复合材料只限于实验阶段，还未有制作成管状或板状以外的Ti-Al层状复合材料。
随着枪、炮管内腔耐磨损及核工业、航空航天领域管路系统耐高温耐腐蚀等实际应用的迫切需求，Ti-Al层状复合管表现出了极大的应用前景。但Ti-Al层状复合材料塑性和韧性低、脆性大、难变形，难以加工成管型。
发明内容
本发明提供一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法，以解决Ti-Al层状复合材料难成形，难以加工成管型的问题。
为此，本发明提出一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，所述Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法包括：
步骤A：以钛或钛合金管材作为内管坯和外管坯，内管坯和外管坯中间填充金属中间夹层，所述中间夹层的材质为铝箔或铝粉，将内管坯和外管坯两端部焊合，使内管坯和外管坯之间的环形腔体为密闭的，使所述内管坯为中空的；
步骤B：然后对内管坯和外管坯之间的环形腔体抽真空，将内管坯、外管坯与中间夹层放入模具内，将所述内管坯内部填满颗粒介质，以固体颗粒作为传压介质，并将内管坯、外管坯、金属中间夹层、模具以及颗粒介质升高到设定温度T，保证金属中间夹层为固态；
步骤C：通过压头向下移动挤压设置在所述内管坯内部的颗粒介质，颗粒介质在压头的挤压下，对内管坯和外管坯产生径向挤压力，使外管坯贴住模具的内壁，并使内管坯、外管坯与金属中间夹层相互压紧，然后保压一段时间S，使内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al的扩散和反应，使得内管坯、外管坯与中间夹层接触界面生成Ti-Al金属间化合物；
然后，冷却至室温，得到Ti-Al金属间化合物层状复合材料管。
进一步地，所述中间夹层的材质为铝箔或铝粉。
进一步地，所述步骤A发生在常温常压下。
进一步地，所述颗粒介质为沙子或陶瓷丸。
进一步地，所述设定温度T为580至660℃。
进一步地，所述时间S为4个小时，所述沙子的粒径为不得大于0.4mm，所述Ti-Al金属间化合物层状复合材料管内壁的表面用肉眼看无明显压痕。
进一步地，所述生成的Ti-Al金属间化合物为Al3Ti金属间化合物。
进一步地，所述内管坯和外管坯均为圆柱形管坯，沿所述内管坯和外管坯的轴向截面，所述模具的内壁的表面曲率与所述外管坯的外壁的表面曲率不同或相同，所述压头的形状为锥形。
进一步地，所述模具的内壁包括：球形弧面或者椭球形弧面或长方柱形面或三棱柱形面。
本发明还提出一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管，Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的形状为管状，所述Ti-Al金属间化合物层状复合材料管包括：内侧的钛表层、外侧的钛表层以及位于内侧的钛表层和外侧的钛表层之间的Ti-Al金属间化合物层。
进一步地，所述Ti-Al金属间化合物层为Al3Ti。
进一步地，Ti-Al金属间化合物层状复合材料管采用前面所述的制备方法制成。
本发明制备的Ti-Al层状复合管结合界面，即内管坯、外管坯与中间夹层接触界面生成Ti-Al金属间化合物，不止是冶金结合，而是产生金属间化合物强化层。本发明不是采用粉末烧结法，而是采用两层成品金属管，原位反应生成金属间化合物。
本发明能够制造出Ti-Al层状复合管构件，尤其能够实现异形截面及接头类Ti-Al层状复合管构件的制造。本发明制作的Ti-Al层状复合管，制造周期短，成形精度高。
本发明将复合管成形与制备在一个工艺流程内完成，复合管制造周期短，成形精度高。
进而，本发明采用颗粒介质作为传压介质，具有成本低、压力可控、模具简单和易密封等优点。
附图说明
图1为根据本发明实施例的Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法的工作原理示意图
附图标号说明：1-内管坯，2-外管坯，3-金属中间夹层，4模具，5-颗粒介质，6-压头
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。
本发明提出一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，如图1所示，所述Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法包括：
步骤A：以钛或钛合金管材作为内管坯1和外管坯2，内管坯1和外管坯2中间填充金属中间夹层3，中间夹层的材质为铝箔或铝粉，将内管坯1和外管坯2两端部焊合，使内管坯和外管坯之间的环形腔体为密闭的，形成密封口袋，使所述内管坯1为中空的；所述步骤A例如发生在常温常压下，简化了加工条件；
步骤B：然后对内管坯和外管坯之间的环形腔体抽真空，以防止加工过程中的氧化，将内管坯、外管坯与中间夹层放入模具4内，将所述内管坯1内部填满颗粒介质5，以固体颗粒作为传压介质，并将内管坯、外管坯、金属中间夹层、模具以及颗粒介质升高到设定温度T，保证金属中间夹层3为固态，或保证金属中间夹层3未熔化；
步骤C：通过压头6向下移动挤压设置在所述内管坯内部的颗粒介质5，颗粒介质5在压头6的挤压下，对内管坯1和外管坯2产生径向挤压力，使和外管坯2贴住模具6的内壁，并使内管坯1、外管坯2与金属中间夹层3相互压紧，紧密接触，然后保压一段时间S，使内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al充分的扩散和反应，使得内管坯、外管坯与中间夹层接触界面生成Ti-Al金属间化合物；
然后，冷却至室温，得到含有Ti-Al金属间化合物层状复合材料管或管状的Ti-Al金属间化合物层状复合材料。例如，所述生成的Ti-Al金属间化合物为Al3Ti金属间化合物，该Ti-Al金属间化合物能够利用Ti层良好的变形能力，能够防止裂纹尖端的形成，从而使Ti-Al3Ti层状复合材料具有良好的损伤容限性能，既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，可以耐高温耐腐蚀。
进一步地，所述中间夹层3的材质为铝箔或铝粉，以使得内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al充分的扩散和反应。
进一步地，通过控制颗粒介质的大小能够保证层状复合管件内壁的表面质量，同时，颗粒介质5传递压力沿轴线呈非均匀分布，且与压头6的端头形状和压入深度形成配合，使得颗粒介质5传递压力具有可控性。作为较佳的选择，所述颗粒介质为沙子或陶瓷丸，这样可以获得Ti-Al金属间化合物层状复合材料管内壁较好的表面质量。
进一步地，设定温度T为580至660℃，以实现内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al充分的扩散和反应，作为较佳的选择，设定温度T为620℃，反映速度快，所述时间S为至少4个小时，而且铝箔或铝粉不会融化所述沙子的粒径为不得大于0.4mm，所述Ti-Al金属间化合物层状复合材料管内壁的表面用肉眼看无明显压痕，以便后续的加工质量。
进一步地，所述内管坯和外管坯的材质为TA16，以保证Ti-Al金属间化合物层状复合材料的反应。
进一步地，如图1所示，所述内管坯1和外管坯2均为圆柱形管坯，沿所述内管坯1和外管坯2的轴向截面，所述模具4的内壁的表面曲率与所述外管坯的外壁的表面曲率不同，以形成颗粒介质5在压头6的挤压下，对内管坯1和外管坯2产生径向挤压力，发生变形。
进一步地，如图1所示，所述模具4的内壁包括：球形弧面或者椭球形弧面，所述压头6的形状为锥形，使得内管坯、外管坯与中间夹层接触界面为球形弧面或者椭球形弧面，这样，加工得到复杂的球形的接头型管件或其他复杂的管状部件。当然，也可以将模具4做成直管状（既可以为圆管，也可以为方管或异形管），通过压头对内管坯中的沙子施加压力，也能使内管坯、外管坯形成圆管、方管、三角形管或其他异形管。
下面是作为本发明一个更为具体的实施例：
如图1，采用沙子作为传压介质，TA16钛合金管作为内管坯和外管坯，中间夹层为铝箔，内管坯和外管坯的壁厚为0.3至5mm，例如，内管坯和外管坯的壁厚为2mm，内管坯的内径例如为20mm、30mm、40mm、50mm或其他尺寸，内管坯和外管坯之间的环形空间的间隙为0.12mm，铝箔的厚度为0.1mm，模具4的内壁为球形弧面，将内管坯、外管坯、金属中间夹层、模具、压头以及颗粒介质升温至620℃，并通过压头对内管坯中的沙子施加压力，压头的轴向压力例如为5吨，至少保压4个小时，得到各层材料紧密结合的Ti-Al层状复合管，对各层材料接触界面取样，进行扫描电镜和能谱分析，结果表明钛合金管和铝箔结合界面生成一层Al3Ti金属间化合物，厚度为0.1至0.3微米，例如为0.2微米。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法包括：
步骤A：以钛或钛合金管材作为内管坯和外管坯，内管坯和外管坯中间填充金属中间夹层，所述中间夹层的材质为铝箔或铝粉，将内管坯和外管坯两端部焊合，使内管坯和外管坯之间的环形腔体为密闭的，使所述内管坯为中空的；
步骤B：然后对内管坯和外管坯之间的环形腔体抽真空，将内管坯、外管坯与中间夹层放入模具内，将所述内管坯内部填满颗粒介质，以固体颗粒作为传压介质，并将内管坯、外管坯、金属中间夹层、模具以及颗粒介质升高到设定温度T，保证金属中间夹层为固态；
步骤C：通过压头向下移动挤压设置在所述内管坯内部的颗粒介质，颗粒介质在压头的挤压下，对内管坯和外管坯产生径向挤压力，使外管坯贴住模具的内壁，并使内管坯、外管坯与金属中间夹层相互压紧，然后保压一段时间S，使内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al的扩散和反应，使得内管坯、外管坯与中间夹层接触界面生成Ti-Al金属间化合物；
然后，冷却至室温，得到含有Ti-Al金属间化合物层的层状复合管。
2.如权利要求1所述的Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述颗粒介质为沙子或陶瓷丸。
3.如权利要求1所述的Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述步骤A发生在常温常压下。
4.如权利要求1所述的Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述设定温度T为580至660℃。
5.如权利要求4所述的Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述时间S为至少4个小时，所述设定温度T为620℃，所述沙子的粒径为不得大于0.4mm，所述Ti-Al金属间化合物层状复合材料管内壁的表面用肉眼看无明显压痕。
6.如权利要求1所述的Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述生成的Ti-Al金属间化合物为Al3Ti金属间化合物。
7.如权利要求1所述的Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述内管坯和外管坯均为圆柱形管坯，沿所述内管坯和外管坯的轴向截面，所述模具的内壁的表面曲率与所述外管坯的外壁的表面曲率不同，或者所述模具的内壁的表面曲率与所述外管坯的外壁的表面曲率相同。
8.如权利要求1所述的Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述压头的形状为锥形，所述模具的内壁包括：球形弧面或者椭球形弧面或长方柱形面或三棱柱形面。
9.一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管，其特征在于，Ti-Al金属间化合物层状复合材料管的形状为管状，所述Ti-Al金属间化合物层状复合材料管包括：内侧的钛表层、外侧的钛表层以及位于内侧的钛表层和外侧的钛表层之间的Ti-Al金属间化合物层。
10.如权利要求9所述的Ti-Al金属间化合物层状复合材料管，其特征在于，所述Ti-Al金属间化合物层为Al3Ti。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105112697A (zh) * 2015-07-27 2015-12-02 兰州理工大学 (Ti@Al3Ti)p/Al基自生复合材料粉末触变成形方法
CN106903212A (zh) * 2017-03-15 2017-06-30 燕山大学 一种双层复合管及其制备方法
CN109317667A (zh) * 2018-11-28 2019-02-12 湖南恒裕新材料科技发展有限公司 一种混杂铝基复合材料管材的制备方法
CN110142332A (zh) * 2019-05-27 2019-08-20 大连理工大学 一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法
CN110666022A (zh) * 2019-09-30 2020-01-10 北京星航机电装备有限公司 一种高温合金半封闭双层薄壁结构转接管制备方法
CN110788335A (zh) * 2019-11-12 2020-02-14 强莉莉 一种复合活塞销的成型方法
CN113333498A (zh) * 2021-04-28 2021-09-03 孟祥平 一种不锈钢无缝钢管的自动加工工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003091182A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Ntn Corp 定着装置用シームレスパイプ
JP2005036311A (ja) * 2003-06-27 2005-02-10 Kobe Steel Ltd チタン材、その製造方法および排気管
CN1883834A (zh) * 2005-06-22 2006-12-27 中国科学院金属研究所 一种Ti－TiAl3金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法
CN101555575A (zh) * 2009-05-07 2009-10-14 山东交通学院 一种钛铝金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制备方法
CN202901554U (zh) * 2012-10-11 2013-04-24 江苏天工钛业科技有限公司 一种耐腐蚀性好的复合钛管

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003091182A (ja) * 2001-09-17 2003-03-28 Ntn Corp 定着装置用シームレスパイプ
JP2005036311A (ja) * 2003-06-27 2005-02-10 Kobe Steel Ltd チタン材、その製造方法および排気管
CN1883834A (zh) * 2005-06-22 2006-12-27 中国科学院金属研究所 一种Ti－TiAl3金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法
CN101555575A (zh) * 2009-05-07 2009-10-14 山东交通学院 一种钛铝金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制备方法
CN202901554U (zh) * 2012-10-11 2013-04-24 江苏天工钛业科技有限公司 一种耐腐蚀性好的复合钛管

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105112697A (zh) * 2015-07-27 2015-12-02 兰州理工大学 (Ti@Al3Ti)p/Al基自生复合材料粉末触变成形方法
CN106903212A (zh) * 2017-03-15 2017-06-30 燕山大学 一种双层复合管及其制备方法
CN106903212B (zh) * 2017-03-15 2019-06-25 燕山大学 一种双层复合管及其制备方法
CN109317667A (zh) * 2018-11-28 2019-02-12 湖南恒裕新材料科技发展有限公司 一种混杂铝基复合材料管材的制备方法
CN110142332A (zh) * 2019-05-27 2019-08-20 大连理工大学 一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法
CN110142332B (zh) * 2019-05-27 2020-07-07 大连理工大学 一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法
CN110666022A (zh) * 2019-09-30 2020-01-10 北京星航机电装备有限公司 一种高温合金半封闭双层薄壁结构转接管制备方法
CN110788335A (zh) * 2019-11-12 2020-02-14 强莉莉 一种复合活塞销的成型方法
CN110788335B (zh) * 2019-11-12 2022-06-28 强莉莉 一种复合活塞销的成型方法
CN113333498A (zh) * 2021-04-28 2021-09-03 孟祥平 一种不锈钢无缝钢管的自动加工工艺

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