CN107520430A - 钛/铝复合材料构件及其制备方法和应用 - Google Patents

钛/铝复合材料构件及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107520430A
CN107520430A CN201710627331.1A CN201710627331A CN107520430A CN 107520430 A CN107520430 A CN 107520430A CN 201710627331 A CN201710627331 A CN 201710627331A CN 107520430 A CN107520430 A CN 107520430A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium
composite material
material component
aluminium
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710627331.1A
Other languages
English (en)
Inventor
李广州
丁毅
师红旗
常辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Tech University
Original Assignee
Nanjing Tech University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Tech University filed Critical Nanjing Tech University
Priority to CN201710627331.1A priority Critical patent/CN107520430A/zh
Publication of CN107520430A publication Critical patent/CN107520430A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/16—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes

Abstract

本发明公开了一种钛/铝复合材料构件及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将钛合金构件待复合面打磨、清洗后，置于铸造砂上；(2)将熔融的铝合金浇铸于钛合金材料待复合面上，空冷至熔融的铝合金结晶凝固，得到钛/铝复合材料构件中间体；(3)将步骤(2)所得的钛/铝复合材料构件中间体进行扩散处理，冷却后得到钛/铝复合材料构件。该制备方法工艺简单、所得的钛/铝复合材料构件的钛/铝复合界面结合强度高、产品形状与尺寸不受限。

Description

钛/铝复合材料构件及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种钛/铝复合材料构件及其制备方法。
背景技术
铝合金是工业中应用非常广泛的一类有色金属结构材料，由于铝合金的导电性好、比重小而且具有较高的热导率，在航空、航天、兵器、舰船、交通运输等行业得到了大量的应用，但是铝合金高温性能以及耐腐蚀性能相对较差。相对于铝合金，钛合金具有优异的耐蚀性、耐温性、抗冲击、高强高韧等性能，同样在航空、航天、兵器、舰船、交通运输等行业被广泛应用。例如在海洋环境中，虽然钛合金耐海水腐蚀性能优良，但是其材料成本高昂，经济性不佳，铝合金虽然比重更轻，成本相对便宜，但是其耐海水腐蚀性能远远不如钛合金。因此，钛/铝双金属复合材料(含各种型材)在海洋工程材料的应用中就具有非常高的性价比优势。
目前钛/铝复合材料的制备主要依靠轧制复合、热压扩散、爆炸复合、搅拌摩擦焊、固液复合等工艺。其中大部分发明专利即为采用以上一种或几种结合的生产工艺制备钛/铝复合板材，这些工艺存在工序复杂、界面结合强度低、产品形状与尺寸受限等问题。而在实际的航空、航天、兵器、舰船、交通运输等应用中，各种型材及异型材的也被大量使用，因此需要研制一种钛/铝复合型材及异型材的制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、钛/铝复合界面结合强度高、产品形状与尺寸不受限的钛/铝复合材料构件的制备方法及由该方法制备的钛/铝复合材料构件。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种钛/铝复合材料构件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钛合金构件待复合面打磨、清洗后，置于铸造砂上；
(2)将熔融的铝合金浇铸于钛合金材料待复合面上，空冷至熔融的铝合金结晶凝固，得到钛/铝复合材料构件中间体；
(3)将步骤(2)所得的钛/铝复合材料构件中间体进行扩散处理，冷却后得到钛/铝复合材料构件。
优选地，所述步骤(3)中，所述扩散处理的温度为500℃～600℃，保温时间为0.5h～6h。
优选地，所述步骤(2)中，铝合金的熔融温度为680℃～850℃。
优选地，所述步骤(1)中，所述钛合金构件为型材或异型材。
优选地，所述型材包括板材、棒材或管材；所述异型材包括波纹板或多棱形不规则曲面型管。
优选地，所述打磨具体为依次使用100#、400#、800#、1200#砂纸进行打磨。
优选地，所述清洗具体为依次使用丙酮、去离子水、10％HNO3和HF的混合溶液、去离子水和无水乙醇进行清洗。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的制备方法制得的钛/铝复合材料构件。
优选地，所述钛/铝复合材料构件的复合界面的平均剪切强度＞100MPa。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采用固液复合与热扩散复合相结合的生产工艺，将铝合金熔液浇铸于固体钛合金表面或内表面，通过铝溶体与钛材进行固液初步复合，结晶凝固后采用热处理增加钛/铝原子的相互扩散，同时保证结合层无脆性相产生，所制备的钛/铝复合型材及异型材钛/铝界面层薄而均匀，结合强度高，其平均剪切强度超过100MPa。
2、本发明工艺简单，可显著降低生产成本，同时可达到不受产品形状和尺寸限制的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的钛/铝复合材料板材的宏观照片。
图2为本发明实施例1所制备的钛/铝复合材料板材的断面结构示意图。
图3为本发明实施例1所制备的钛/铝复合材料板材界面处的显微组织图。
图4为本发明实施例2所制备的钛/铝复合异型板材的断面结构示意图。
图5为本发明实施例3所制备的钛/铝复合棒材的断面结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种本发明的钛/铝复合材料板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)以1mm厚的TA2板和纯铝为原材料，对TA2板材待复合面依次使用100#、400#、800#、1200#砂纸进行打磨，然后依次使用丙酮、去离子水、10％HNO3-HF溶液、去离子水和无水乙醇进行表面清洗。将表面处理后的TA2钛板材置于铸造砂上面；
(2)采用井式加热炉，将定量的纯铝熔于刚玉坩埚中，温度恒定为760℃之后，进行搅拌扒渣；
(3)待铝溶体温度恒定之后，将刚玉坩埚取出，浇铸于TA2钛板之上，当钛板表面铝液发生结晶凝固之后，将其放入恒温电阻炉中，温度为600℃，保温4h后，取出空冷至室温，得到钛/铝复合材料板材，如图1所示，其断面结构示意图如图2所示。
图3为本实施例所制备的钛/铝复合材料板材界面处的显微组织图，由图可知，界面层薄而均匀，经检测，其平均剪切强度超过100MPa。
实施例2：
一种本发明的钛/铝复合材料异型材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1mm厚的TA2板机加工成中间凹陷的异型材；
(2)对TA2异型板材待复合面依次使用100#、400#、800#、1200#、3000#砂纸进行打磨，然后依次使用丙酮、去离子水、10％HNO3-HF溶液、去离子水和无水乙醇进行表面清洗。将表面处理后的TA2异型板材置于型砂上面；
(3)采用井式加热炉，将定量的ZL101铝合金熔于刚玉坩埚中，温度恒定为760℃之后，进行搅拌扒渣；
(4)待铝溶体温度恒定之后，将刚玉坩埚取出，浇铸于TA2异型板材待复合面上，当钛TA2异型板材表面铝液发生结晶凝固之后，将其放入恒温电阻炉中，温度为550℃，保温4h后，取出空冷至室温，得到钛/铝复合异型材，其断面结构示意图如图4所示。
实施例3：
一种本发明的钛/铝复合棒材的制备方法，包括以下步骤：
(1)以TC4管材为钛型材，对TC4管材内表面依次使用100#、400#、800#、1200#、3000#砂纸进行打磨，然后依次使用丙酮、去离子水、10％HNO3-HF溶液、去离子水和无水乙醇进行表面清洗。将表面处理后的TC4钛管材置于型砂上面；
(2)采用井式加热炉，将定量的ZL101铝合金熔于刚玉坩埚中，温度恒定为760℃之后，进行搅拌扒渣；
(4)待铝溶体温度恒定之后，将刚玉坩埚取出，浇铸于TC4钛管内腔，当钛管内腔铝液发生结晶凝固之后，将其放入恒温电阻炉中，温度为550℃，保温4h后，取出空冷至室温，得到钛/铝复合棒材，其断面结构示意图如图5所示。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (9)

1.一种钛/铝复合材料构件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钛合金构件待复合面打磨、清洗后，置于铸造砂上；
(2)将熔融的铝合金浇铸于钛合金材料待复合面上，空冷至熔融的铝合金结晶凝固，得到钛/铝复合材料构件中间体；
(3)将步骤(2)所得的钛/铝复合材料构件中间体进行扩散处理，冷却后得到钛/铝复合材料构件。
2.根据权利要求1所述的钛/铝复合材料构件的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述扩散处理的温度为500℃～600℃，保温时间为0.5h～6h。
3.根据权利要求1所述的钛/铝复合材料构件的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，铝合金的熔融温度为680℃～850℃。
4.根据权利要求1所述的钛/铝复合材料构件的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述钛合金构件为型材或异型材。
5.根据权利要求4所述的钛/铝复合材料构件的制备方法，其特征在于，所述型材包括板材、棒材或管材；所述异型材包括波纹板或多棱形不规则曲面型管。
6.根据权利要求1～5任一项所述的钛/铝复合材料构件的制备方法，其特征在于，所述打磨具体为依次使用100#、400#、800#、1200#砂纸进行打磨。
7.根据权利要求6所述的钛/铝复合材料构件的制备方法，其特征在于，所述清洗具体为依次使用丙酮、去离子水、10％HNO3和HF的混合溶液、去离子水和无水乙醇进行清洗。
8.一种钛/铝复合材料构件，其特征在于，采用如权利要求1～7任一项所述的制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的钛/铝复合材料构件，其特征在于，所述钛/铝复合材料构件的复合界面的平均剪切强度＞100MPa。
CN201710627331.1A 2017-07-28 2017-07-28 钛/铝复合材料构件及其制备方法和应用 Pending CN107520430A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710627331.1A CN107520430A (zh) 2017-07-28 2017-07-28 钛/铝复合材料构件及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710627331.1A CN107520430A (zh) 2017-07-28 2017-07-28 钛/铝复合材料构件及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107520430A true CN107520430A (zh) 2017-12-29

Family

ID=60680075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710627331.1A Pending CN107520430A (zh) 2017-07-28 2017-07-28 钛/铝复合材料构件及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107520430A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108580850A (zh) * 2018-05-14 2018-09-28 重庆大学 AlTi复合铸件制备方法
CN108580851A (zh) * 2018-05-14 2018-09-28 重庆大学 一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法
CN110773719A (zh) * 2019-10-18 2020-02-11 郑州机械研究所有限公司 一种银铜复合带制备方法
CN112157268A (zh) * 2020-09-29 2021-01-01 湖南金天铝业高科技股份有限公司 钛铝层状复合材料的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1943956A (zh) * 2006-09-28 2007-04-11 山东大学 一种钛与铝异种有色金属的扩散连接方法
CN102205346A (zh) * 2011-04-28 2011-10-05 上海交通大学 铜-铝-铜复合板材的制备方法
CN103691910A (zh) * 2014-01-07 2014-04-02 北京科技大学 一种铝包镁复合板材制备方法
CN103705103A (zh) * 2013-12-05 2014-04-09 熊一言 镶铸钛铝复合锅及其制造方法
CN103769561A (zh) * 2014-01-22 2014-05-07 北京科技大学 一种钛/铝固液复合铸造成型方法
CN104259433A (zh) * 2014-09-12 2015-01-07 北京科技大学 一种改善钛/铝固液复合界面塑韧性的铸造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1943956A (zh) * 2006-09-28 2007-04-11 山东大学 一种钛与铝异种有色金属的扩散连接方法
CN102205346A (zh) * 2011-04-28 2011-10-05 上海交通大学 铜-铝-铜复合板材的制备方法
CN103705103A (zh) * 2013-12-05 2014-04-09 熊一言 镶铸钛铝复合锅及其制造方法
CN103691910A (zh) * 2014-01-07 2014-04-02 北京科技大学 一种铝包镁复合板材制备方法
CN103769561A (zh) * 2014-01-22 2014-05-07 北京科技大学 一种钛/铝固液复合铸造成型方法
CN104259433A (zh) * 2014-09-12 2015-01-07 北京科技大学 一种改善钛/铝固液复合界面塑韧性的铸造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108580850A (zh) * 2018-05-14 2018-09-28 重庆大学 AlTi复合铸件制备方法
CN108580851A (zh) * 2018-05-14 2018-09-28 重庆大学 一种结合界面强化的MgTi复合铸件的制备方法
CN110773719A (zh) * 2019-10-18 2020-02-11 郑州机械研究所有限公司 一种银铜复合带制备方法
CN112157268A (zh) * 2020-09-29 2021-01-01 湖南金天铝业高科技股份有限公司 钛铝层状复合材料的制备方法
CN112157268B (zh) * 2020-09-29 2022-07-01 湖南金天铝业高科技股份有限公司 钛铝层状复合材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107520430A (zh) 钛/铝复合材料构件及其制备方法和应用
CN101440436B (zh) 一种高温合金返回料的纯净化冶炼工艺
CN102626821B (zh) 一种半固态材料连接成形一体化方法
CN106480343B (zh) 一种高强度、耐海水腐蚀的Al-Mg-Si合金材料及其制备方法
CN101906548B (zh) TiB2颗粒增强TiAl基复合材料的制备方法
CN107739865A (zh) 一种高强度、高模量原位铝基复合材料及其制备方法
CN102069172A (zh) 一种铝冷却板的复合铸造方法
CN105568083B (zh) 一种适用于半固态流变压铸的高强韧铝合金材料及其制备方法
CN105200285A (zh) 一种具有超塑性的铝合金板材及其制造方法
CN108265212B (zh) 一种用超声波震荡铸造制备高强可溶解铝合金材料的方法
CN106270430B (zh) 原位颗粒增强铝基复合材料的半连续铸造方法
CN107523707A (zh) 铝型材用的熔铸铝棒熔炼工艺
CN104294100A (zh) 一种铸造铝合金的材料及制备方法
CN105838952A (zh) 一种镁合金壶及其制造方法
CN101358312A (zh) 一种动车组高延伸率高强度合金铝端盖及其铸造方法
CN108580852B (zh) 点阵材料增强AlFe复合铸件结合界面的方法
CN105220016B (zh) 一种制备舟皿的材料及用该材料制备舟皿的工艺方法
CN102627007A (zh) 一种金属/陶瓷层状结构复合材料的制造方法
CN102277521A (zh) 室温高韧性单相固溶体镁稀土基合金及制备方法
CN108580850B (zh) AlTi复合铸件制备方法
CN109136672B (zh) 一种耐腐蚀高强铝合金及制备方法
EP1829630A2 (en) Method for producing a plain bearing antifriction layer
EP3988228A1 (en) A method for producing ultra-high-silicon aluminium alloy
CN107815565B (zh) 一种铝合金门窗型材的制备方法
CN107803484B (zh) 一种耐高温冷铁

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171229

RJ01 Rejection of invention patent application after publication