CN110170527B - 一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，属于航空航天领域耐高温材料的技术领域。本发明要解决现有钛铝基合金材料的耐高温性、隔热性和抗氧化性均不好，无法在航空航天领域耐高温材料推广的技术问题。本发明方法：一、将铝粉和铌粉用球磨法混合均匀，然后真空热压烧结，得到铝铌合金材料；二、对铝铌合金材料进行多道次高温轧制，直至成箔片状，得到铝铌复合箔材；三、分别对钛箔和铝铌复合箔材的表面进行预处理；四、将步骤三处理后的钛箔和铝铌复合箔材交替堆叠于内壁喷涂氮化硼的石墨模具中；五、然后加压热处理，得到高铌多孔层状钛铝合金板材。本发明有效地避免传统熔炼制备工艺中的反应不彻底现象且成型困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于航空航天领域耐高温材料的技术领域；具体涉及一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法。
背景技术
随着航空航天技术以及现代工业技术的发展，传统工艺所制备的工业材料在飞速发展的技术面前显得力不从心，单一金属材料，传统工艺复合材料已经难以应对科学技术的需要。因此，新型复合材料的研究是当今的主题，如何制备新型复合材料，如何优化和选择新型复合材料成了实时热点。其中钛铝基合金材料由于良好的耐高温性和抗氧化性，成为航空航天领域耐高温材料的重要选择之一。
例如：现有钛铝基合金材料的耐高温性和隔热性均不好，抗氧化性也不好，限制了其在航空航天领域耐高温材料推广应用。
发明内容
本发明要解决现有钛铝基合金材料的耐高温性、隔热性和抗氧化性均不好，无法在航空航天领域耐高温材料推广的技术问题，而提供了一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法。
为解决现有技术存在的问题；本发明的高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将铝粉和铌粉用球磨法混合均匀，然后真空热压烧结，得到铝铌合金材料；
步骤二、对铝铌合金材料进行多道次高温轧制，直至成箔片状，得到铝铌复合箔材；
步骤三、分别对钛箔和铝铌复合箔材的表面进行预处理；
步骤四、将步骤三处理后的钛箔和铝铌复合箔材交替堆叠于内壁喷涂氮化硼的石墨模具中；
步骤五、然后加压热处理，得到高铌多孔层状钛铝合金板材。
进一步地限定，步骤一中铝粉粒径均为10μm～100μm。
进一步地限定，步骤一中铌粉粒径为10μm～100μm。
进一步地限定，步骤一中铝粉和铌粉的质量比为(4～8):1。
进一步地限定，步骤一中球磨机转速为300r/min～350r/min，球磨时间为9h～11h，球料比(18～20):1。
进一步地限定，步骤一所述真空热压烧结是按下述操作进行的：在真空度小于10- 2MPa～10-3MPa条件下，以8℃/min～10℃/min的升温速度升温至300℃～320℃后加压25MPa～30MPa，温度升温至620℃～640℃时，保温保压2h～3h，随炉冷却至室温。
进一步地限定，步骤二所述高温轧制是按下述操作进行的：在温度为450℃～550℃条件下对步骤一获得的铝铌合金材料保温处理20min～30min，然后在温度为450℃～550℃条件下进行高温轧制，每次轧制不超过铝铌复合材料厚度的10％。
进一步地限定，步骤三中对钛箔的表面进行预处理是用浓度为10vol％～15vol％的HF酸洗。
进一步地限定，步骤三中对铝铌复合箔材的表面进行预处理是用浓度为10vol％～15vol％的NaOH碱洗。
进一步地限定，步骤四中交替堆叠一共2n+1层，其中，铝铌复合箔材为n层，钛箔为n+1层，最上层和最下层为钛箔，n为正整数。
进一步地限定，步骤五加压热处理工艺参数为：在真空度小于10-2MP～10-3MPa条件下，以8℃/min～10℃/min的升温速度升温至300℃～320℃后加压50MPa～55MPa，继续升温至560℃～580℃时，保温保压2h；随后以8℃/min～10℃/min的升温速度升温至660℃～700℃，撤去压力，保温8h～10h；随后以10℃/min～12℃/min的升温速度升温至1200℃～1220℃，加压8MPa～10MPa，保温保压1h～2h；然后以8℃/min～10℃/min的升温速度升温至1250℃～1300℃，撤去压力，保温25mi～30min，随炉冷却至室温。在高温热处理过程中，通过上述方式调节压力影响柯肯达尔效应的孔洞，制备出不同孔洞大小的高铌多孔层状钛铝合金板材。
本发明采用箔箔冶金法，通过堆叠烧结制备高铌多孔层状钛铝合金板材，有效地避免传统熔炼制备工艺中的反应不彻底现象且成型困难的问题。本发明方法显著提高钛铝合金的耐高温性、隔热性和抗氧化性。本发明高铌多孔层状钛铝合金板材使钛铝基合金材料的使用温度提高60℃-100℃，同时具有更好的力学性能，强度提升300-500MPa。通过制备孔洞使材料内部出现较大数量的透气孔，便于散热和透气，同时提高材料的隔热性。
本发明高铌多孔层状钛铝合金板材可用作航空航天领域耐高温材料。
附图说明
图1是本申请方法制备的高铌多孔层状钛铝合金板材的SME图。
具体实施方式
实施例1：本实施例中的高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将80g粒径均为20μm铝粉和20g粒径均为50μm铌粉混合，置于球磨机中，放入200颗氧化锆球(球料质量比为20:1)，以300r/min的转速球磨10h，取出粉末后放入喷涂好氮化硼的石墨模具中，然后真空热压烧结，真空热压烧结是在真空度为10-2MPa条件下，以10℃/min的升温速度升温至300℃后加压25MPa，温度升温至640℃时，保温保压2h，随炉冷却至室温，得到铝铌合金材料；
步骤二、对铝铌合金材料进行多道次高温轧制，每道次高温轧制是先在温度为500℃条件下对步骤一获得的铝铌合金材料保温处理30min后轧制；每道次下降量不超过铝铌复合材料厚度的10％，并最终轧制成1mm厚，得到铝铌复合箔材；
步骤三、将厚度1mm的钛箔剪成40×80mm的长方形用10vol％HF酸洗并剪薄至设计厚度，将步骤二获得铝铌复合箔材剪成40×80mm用10vol％NaOH碱洗；
步骤四、取13层步骤三处理后的钛箔和12层步骤三处理后的铝铌复合箔材交替堆叠于内壁喷涂氮化硼的石墨模具中，最上层和最下层为钛箔，交替堆叠成“三明治”结构；
步骤五、然后加压热处理：在真空度为10-2MPa条件下，以10℃/min的升温速度升温至300℃后加压50MPa，继续升温至580℃时，保温保压2h；随后以10℃/min的升温速度升温至660℃，撤去压力，保温10h；随后以10℃/min的升温速度升温至1200℃，加压10MPa，保温保压2h；然后以10℃/min的升温速度升温至1270℃，撤去压力，保温30min，随炉冷却至室温，得到高铌多孔层状钛铝合金板材。
本实施例方法获得高铌多孔层状钛铝合金板材最高可耐850℃，比传统TiAl合金高60-100℃。
本实施方法获得的高铌多孔层状钛铝合金板材具有孔洞，见图1，有利于透气和散热，材料导热变慢，从而提升隔热性。
本实施方法获得的高铌多孔层状钛铝合金板材抗氧化性好，提高了力学性能，比传统TiAl合金强度提升200Mpa。
Claims (10)
1.一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于所述制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将铝粉和铌粉用球磨法混合均匀，然后真空热压烧结，得到铝铌合金材料；
步骤二、对铝铌合金材料进行多道次高温轧制，直至成箔片状，得到铝铌复合箔材；
步骤三、分别对钛箔和铝铌复合箔材的表面进行预处理；
步骤四、将步骤三处理后的钛箔和铝铌复合箔材交替堆叠于内壁喷涂氮化硼的石墨模具中；
步骤五、然后加压热处理，得到高铌多孔层状钛铝合金板材。
2.根据权利要求1所述一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤一中铝粉粒径均为10μm~100μm。
3.根据权利要求1所述一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤一中铌粉粒径为10μm~100μm。
4.根据权利要求1所述一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤一中铝粉和铌粉的质量比为（4~8）:1。
5.根据权利要求1所述一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤一中球磨机转速为300r/min~350r/min，球磨时间为9h~11h，球料比（18~20）:1。
6.根据权利要求1所述一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤一所述真空热压烧结是按下述操作进行的：在真空度为10-2MPa~10-3MPa条件下，以8℃/min~10℃/min的升温速度升温至300℃~320℃后加压25MPa~30MPa，温度升温至620℃~640℃时，保温保压2h~3h，随炉冷却至室温。
7.根据权利要求1所述一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤二所述高温轧制是按下述操作进行的：在温度为450℃~550℃条件下对步骤一获得的铝铌合金材料保温处理20min~30min，然后轧制，每次轧制不超过铝铌合金材料厚度的10%。
8.根据权利要求1所述一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤三中钛箔用浓度为10vol%~15vol%HF酸洗，铝铌复合箔材用浓度为10vol%~15vol%NaOH碱洗。
9.根据权利要求1所述一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤四中交替堆叠一共2n+1层，其中，铝铌复合箔材为n层，钛箔为n+1层，最上层和最下层为钛箔，n为正整数。
10.根据权利要求1所述一种高铌多孔层状钛铝合金板材的制备方法，其特征在于步骤五加压热处理工艺参数为：在真空度为10-2MP~10-3MPa条件下，以8℃/min~10℃/min的升温速度升温至300℃~320℃后加压50MPa~55MPa，继续升温至560℃~580℃时，保温保压2h；随后以8℃/min~10℃/min的升温速度升温至660℃~700℃，撤去压力，保温8h~10h；随后以10℃/min~12℃/min的升温速度升温至1200℃~1220℃，加压8MPa~10MPa，保温保压1h~2h；然后以8℃/min~10℃/min的升温速度升温至1250℃~1300℃，撤去压力，保温25mi~30min，随炉冷却至室温。
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