钛－铝合金材料及其制作方法技术

本发明专利技术的钛－铝合金材料制作方法包括：把钛箔－铝箔叠层放入模具中；把叠层加热至铝的熔点以上的温度，进行热处理；在等离子放电烧结炉中对模具中的钛箔－铝箔叠层进行放电等离子烧结。其优点包括：所形成的合金材料的尺寸、材型、成分（如Ti-Al金属间化合物叠层材料或TiAl均体材料等）、微结构（钛铝合金/钛三铝合金微层叠结构），可根据具体需要而得到灵活控制；不需对原始材料做致密化处理，只需简单叠加即可；由于初始材料为纯金属箔，很容易通过初始的变形制备出各种型材；由于初始材料为箔材，比金属粉末具有更少的比表面积，因此可以更有效的控制所制备材料的含氧量；本发明专利技术放电等离子烧结只需用短时间（如10分钟至1小时），可获得比传统工艺更优或相当的产品。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术的钛－铝合金材料制作方法包括：把钛箔－铝箔叠层放入模具中；把叠层加热至铝的熔点以上的温度，进行热处理；在等离子放电烧结炉中对模具中的钛箔－铝箔叠层进行放电等离子烧结。其优点包括：所形成的合金材料的尺寸、材型、成分（如Ti-Al金属间化合物叠层材料或TiAl均体材料等）、微结构（钛铝合金/钛三铝合金微层叠结构），可根据具体需要而得到灵活控制；不需对原始材料做致密化处理，只需简单叠加即可；由于初始材料为纯金属箔，很容易通过初始的变形制备出各种型材；由于初始材料为箔材，比金属粉末具有更少的比表面积，因此可以更有效的控制所制备材料的含氧量；本专利技术放电等离子烧结只需用短时间（如10分钟至1小时），可获得比传统工艺更优或相当的产品。【专利说明】钛一铝合金材料及其制作方法
本专利技术涉及钛一铝合金材料及其制作方法。
技术介绍
钛一铝合金是目前强度/重量比最高的合金材料，其密度只有铁基或镍基合金的一半，但钛一铝合金材料的制作，尤其是其型材的制作，迄今仍是困扰业界的问题。传统烧结制备工艺不仅制备过程复杂，且烧结温度也高一般在1200°C -1400°C之间，且制备出的组织粗大,致密性欠佳。放电等离子烧结技术(SPS)，具有烧结温度低，保温时间短，加热均匀以及材料的组织尺寸和成分可控。传统的SPS烧结方法一般都是粉末烧结，而粉末的比表面积大，从而使最终制备出来的材料的含氧量也大。中国专利申请第200610113325.6号“一种利用等离子放电烧结制备高铌钛铝合金材料的方法”即公布了一种利用元素粉末与合金粉末组成的原料粉末，再进行放电等离子烧结的工艺。该专利即为传统利用粉末冶金法通过放电等离子烧结制备高铌钛铝合金。从专利中可以看出，所述专利的原材料为粉末，与本人申请专利的原材料箔材有本质的不同。反应原材料的不同即会导致烧结反应过程的不同，且利用粉末为原材料无法制备出本专利所述的交替叠层材料。另外，从原材料成本上考虑，粉末的制备成本要高于箔材的制备成本，所以本专利在节约制备成本上也有一定的优势。在JIAN-GU0 LUO 于 2001 年发表的论文 “Processing neargamma-basedtitanium—aluminum by cold roll bonding and diffusion reactionofelemental titanium and aluminu`m foils，， (UMI Microform 3027364.Bell&Howell Information and Learning Company, 300North Zeeb Road, P.0.Boxl346, AnnArbor, MI48106-1346)中，公布了一种钛铝合金制备方法，包括依次进行的以下步骤:—制备包括交替叠置的钛箔和铝箔的一个叠层，-在该叠层外包覆一个钛外层，一进行第一退火处理，其中把该带有钛外层的叠层加热至略低于铝熔点(660°C)的温度(650°C)，-反覆轧压该带有钛外层的叠层，一进行第二退火处理，把该带有钛外层的叠层加热至超过铝熔点的温度(900°C和/ 或 1350。。)，-反覆轧压该带有钛外层的叠层。最后形成TiAl合金(见该文献Figure 5-22,Figure 5-28和Figure 5-29及相关文字说明)。该工艺的一个关键是在两次退火处理中避免出现样品的(部分)熔化:第一退火处理的温度低于铝的熔点，而第二退火处理开始的时候样品中的铝已经完全与钛反应，生成了 TiAl3 — TixAly-Ti复合体，见该文献Figure 5_15和Table5_5及相关文字说明。该复合体各部分的熔点高于第二退火处理的相应温度(900°C和/或1350°C)。即，在该文献披露的工艺过程中，避免了样品(部分)液相的出现，轧制和扩散过程始终是在固相下进行的。中国专利申请第200710071716.0号“叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法”公布了一种钛合金/TiAl合金复合板材的制备方法，其包括依次步骤:一设置钛箔与铝箔交替叠置构成的叠层，叠层中加入至少一层钛或钛合金板或箔;一把叠层放入一个金属包套；一把包套内抽真空至小于IPa，然后把包套密封；一把包套中的叠层置于20°C — 750°C，并进行“低温轧制”；—把包套中的叠层加热到750°C—1300°C，并进行“高温轧制”。中国专利申请第200710071716.0号的关键，在于其制备过程是通过反复轧制来实现的，且轧制过程中(包括该文献中所说的“低温轧制”和“高温轧制”)叠层里是否有一部分材料(尤其是铝)处于液相？铝的熔点是660°C，因此该文献中所谓的“低温轧制”的20°C — 750°C的温度范围并不是一个单纯的范围，因为“低温轧制”的温度究竟是在铝的熔点660°C以上还是660°C以下的后果是截然不同的。按该文献的描述，可能出现液相的加热过程有:`I)其说明书第3页第5 — 6行关于“【具体实施方式】一”的描述:“将整体材料放入加热炉中加热到20 - 750°C，并保温5 - 40分钟，然后迅速放入轧机开轧”;对应的初始钛箔厚为0.02-0.3_，铝箔厚为0.02-0.3mm (第2页倒数第3行一倒数第2行)；2)其说明书第3页第21 — 22行关于“【具体实施方式】二”的描述；“再经过950°C高温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到950°C，并保温25分钟，然后迅速放入轧机开轧”；对应的初始钛箔厚为0.05mm，铝箔厚为0.05mm (第3页第14行)；3)其说明书第4页第5 — 6行关于“【具体实施方式】三”的描述“再经过1000°C高温轧制，将整体材料放入加热炉中加热到1000°c，并保温30分钟，然后迅速放入轧机开轧”；对应的初始钛箔厚为0.07mm，铝箔厚为0.07mm (第3页倒数第4行一倒数第3行)在这些可能出现液相的加热时间里，这样厚度的铝箔中的铝大部分都来不及与钛反应，随后的轧制中至少还有一部分液相铝。对包套中包括液相铝的叠层进行轧制会产生难以预料的后果，液相铝会轻易地被挤走，这样，即使包套足够牢固而不会被轧破，铝和钛原有的叠层分布的均匀性也会被彻底破坏，而被挤走移位的铝更无法在实际的加工时间里和钛/钛合金充分地反应，且液相铝的移位也使得难于对铝和钛/钛合金的反应和/或扩散进行控制。结果，对最终产品的成分和/或尺寸无法进行有效控制。由于铝在高温下容易氧化，因此液相铝的高温热处理需要在真空环境下进行。上述中国专利申请第200710071716.0号的另一个严重缺陷，是它要求采用真空密封的包套，而且这个包套需要能在反复轧制的过程里保持密封。这是很高的一个工艺要求。在本 申请人:的中国专利申请200910091221.3号中，公布了一种具有TiAl ( Y )-Ti3Al ( α2)复合结构的钛一铝合金，其具有TiAl (Y)层与Ti3Al ( α 2)层的交替微叠层，这种交替微叠层:一是一种整体性的交替微叠层，其TiAl ( Y )层与Ti3Al层交替微叠层的延伸范围是宏观的(尤其是可以达到热处理开始前钛箔与铝箔叠层的整个范围)，而不是局限于晶体颗粒中的TiAl - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛－铝合金材料的制作方法，其特征在于包括：A、把交替叠置的钛箔和铝箔构成的钛箔－铝箔叠层（205）放入模具（203）中，并把模具合模；B、把所述叠层加热至铝的熔点以上的温度，进行热处理；C、把带有热处理后的钛箔－铝箔叠层的模具放入等离子放电烧结炉中，D、对等离子放电烧结炉中的钛箔－铝箔叠层进行放电等离子烧结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马朝利，孙彦波，马凤梅，刘茂文，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：