CN105414219B - 一种金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法，包括对所取板材进行表面处理、轧制复合、退火处理、包套去除、原位反应等步骤，必要时结合热蠕变成形技术。制备的金属/金属间化合物层状复合材料的进步体现在：原材料的成本较低、工艺成熟，效率较高、降低了后续原位反应的时间、能够制备出金属/金属间化合物层状复合材料复杂曲面结构。

Description

一种金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于层状复合材料技术领域，特别涉及一种金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法。
背景技术
金属/金属间化合物层状复合材料是由金属和金属间化合物交替叠合通过适当工艺复合在一起组成的材料，其中，金属主要包括Ti与Ni，金属间化合物主要包括Ti3Al、TiAl、TiAl3、Ni3Al与NiAl等。金属/金属间化合物层状复合材料不仅是一种轻质的材料，而且具有较好的综合性能，如高的强度、硬度，良好的韧性以及抗裂纹扩展能力，因此，在航空、航天、武器装备等领域具有广阔的应用前景。目前，金属/金属间化合物层状复合材料主要的制备方法是热压反应复合法，该方法以Ti箔、Ni箔与Al箔为原材料，将一定厚度的Ti箔/Al箔或Ni箔/Al箔交互叠在一起，在一定的温度和压力下，Ti、Ni与Al将发生原位反应，当Al完全反应耗尽时，就形成了Ti/TiAl金属间化合物层状复合材料或Ni/NiAl金属间化合物层状复合材料。
利用热压反应复合法制备金属/金属间化合物层状复合材料存在一些弊端，以金属箔材为原始材料，材料的成本较高；热压反应过程中由于箔材表面致密氧化膜的阻碍作用，反应时间较长，制备效率较低；制备板坯的尺寸受热压设备平台尺寸的限制，不能制备大尺寸的板料；仅适用于平板类结构的制备，无法实现复杂曲面结构的制造，从而极大地限制了金属/金属间化合物层状复合材料的快速发展与应用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法，该方法具有成本低、适用性广的特点。
为达到上述目的，本发明的金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)表面处理：去除板材表面的油脂，对板材表面打磨进行活化处理；
(2)轧制复合：选取金属板A和金属板B，依照A－B－A－B……A的顺序依次叠合在一起，然后密封于包套内，在室温条件下进行轧制，得到坯料；
(3)退火处理：对轧制后的坯料进行退火处理；
(4)包套去除：去除包套，取出复合板，并将其从中间切断，重复步骤(1)至(3)2-4次；
(5)原位反应：对所述复合板进行热处理，得到所述金属/金属间化合物层状复合材料。
在上述制备方法中，优选地，针对具有复杂曲面结构的复合板，在步骤(5)热处理之前，在热成形机上进行热蠕变成形，更优选地，热蠕变成形的成形温度为400-600℃。
在上述制备方法中，优选地，在步骤(2)中，所采用的金属板A为Ti板或Ni板，金属板B为Al板；更优选地，金属板A和所述金属板B的厚度分别为0.5-2mm(优选为1mm)。
在上述制备方法中，优选地，所采用的包套为Q235钢包套。
在上述制备方法中，优选地，在步骤(2)中，轧制压下量为50％。
在上述制备方法中，优选地，在步骤(3)中，退火处理的温度为480-600℃(优选为580℃)；退火处理的时间为0.5-4h(优选为0.5h)。
在上述制备方法中，优选地，在步骤(5)中，热处理的温度为600-900℃(优选为650℃)；热处理的时间为4-10h(优选为6h)。
根据本发明的具体实施方案，上述制备方法可以按照以下具体步骤进行：
1.表面处理：利用丙酮去除板材表面的油脂，采用钢刷或砂带对板材表面进行打磨，对表面进行活化处理；
2.轧制复合：将0.5-1mm厚的原始板材依照Ti－Al－Ti－Al……Ti或Ni－Al－Ni－Al……Ni的顺序依次叠合在一起，利用氩弧焊将其密封于Q235钢包套内，在室温条件下进行轧制，轧制压下量为50％。
3.退火处理：将轧制后的坯料进行退火处理，退火温度为480-600℃，退火时间为0.5-4h，去除轧制过程中的加工硬化，提高复合板内部界面的结合质量。
4.包套去除：利用线切割去除包套材料，将复合板从包套中取出，并将其从中间切断，重复上面的步骤(1)-(3)1-4次。
5.热蠕变塑性成形：针对具有复杂曲面的结构，在热成形机上进行复合板的热蠕变成形，成形温度400-600℃，通过模具的形面控制结构的外形尺寸。
6.原位反应：将复合板结构置于热处理炉内进行热处理，热处理温度为600-900℃，时间为4-10h，在此过程中Ti/Al或Ni/Al将发生原位反应，形成金属/金属间化合物层状复合材料。
本发明提出的方法是一种制备金属/金属间化合物层状复合材料的新方法，其进步点体现在以下三方面：
1.以板材为原始材料，原材料的成本较低；
2.采用传统的轧制方式制备复合板预制坯，工艺成熟，效率较高；
3.轧制过程中，通过包套包覆，不同金属之间实现了协调同步变形，利用后续的退火处理，不同金属之间能够实现冶金结合，降低后续原位反应的时间；
4.进一步地通过与传统的热蠕变塑性成形技术相结合，还能够制备金属/金属间化合物层状复合材料的复杂曲面结构。
附图说明
图1为实施例1制备的Ti/Al3Ti层状复合材料微观形貌图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1.表面处理：利用丙酮去除板材表面的油脂，采用钢刷或砂带对板材表面进行打磨，对表面进行活化处理；
2.轧制复合：将1mm厚的原始板材依照Ti－Al－Ti－Al－Ti－Al－Ti的顺序依次叠合在一起，利用氩弧焊将其密封于Q235钢包套内，在室温条件下进行轧制，轧制压下量为50％。
3.退火处理：将轧制后的坯料在580℃进行退火处理，退火处理的时间为0.5h，去除轧制过程中的加工硬化，提高复合板内部界面的结合质量。
4.包套去除：利用线切割去除包套材料，将复合板从包套中取出，并将其从中间切断，重复上面的过程(1)-(3)2次。
5.原位反应：将复合板结构置于热处理炉内进行热处理，热处理工艺为650℃，热处理的时间为6h，在此过程中Ti/Al将发生原位反应，形成金属/金属间化合物层状复合材料。
该Ti/Al3Ti层状复合材料的形貌如图1所示。由图1可以看出，通过上述步骤制备的Ti/Al3Ti层状复合材料的层间结合紧密、层内致密。

Claims (4)

1.一种金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)表面处理：去除板材表面的油脂，对板材表面打磨进行活化处理；
(2)轧制复合：选取金属板A和金属板B，所述金属板A和所述金属板B的厚度分别为0.5-2mm，依照A－B－A－B……A的顺序依次叠合在一起，然后密封于包套内，所述包套为Q235钢包套，在室温条件下进行轧制，所述轧制压下量为50％，得到坯料；所述金属板A为Ti板或Ni板，金属板B为Al板；
(3)退火处理：对轧制后的坯料进行退火处理，所述退火处理的温度为480-600℃；退火处理的时间为0.5-4h；
(4)包套去除：去除包套，取出复合板，并将其从中间切断；
重复步骤(1)至(4)1-4次；
(5)原位反应：对所述复合板进行热处理，所述热处理的温度为600-900℃；热处理的时间为4-10h，得到所述金属/金属间化合物层状复合材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，针对具有复杂曲面结构的复合板，在步骤(5)中进行热处理之前，在热成形机上先对复合板进行热蠕变成形。
3.如权利要求2所述的制备方法，其中，所述复合板的热蠕变成形的成形温度为400-600℃。
4.一种由权利要求1-3任一项中所述的制备方法所得到的金属/金属间化合物层状复合材料。
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