一种致密Ti2AlC材料的制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，为了解决目前Ti2AlC材料制备工艺采用的设备昂贵，成本较高，工艺复杂，难以工业化推广，且产物中易出现杂质相，导致性能差，从而制约材料应用的问题，提供了一种致密Ti2AlC材料的制备方法。以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用近等温包套锻造法一次性制备致密Ti2AlC材料。简化了粉末混合工艺。直接在普通液压机上进行，有利于工业化生产，工艺简单，成本较低。由于采用的高温大变形方式，本发明专利技术制备的Ti2AlC材料致密度高，晶粒细小。

Preparation of a compact Ti2AlC material

The invention belongs to the technical field of polymer materials, in order to solve the problems with Ti2AlC material preparation equipment is expensive, high cost, complex process, difficult to promote industrialization, and the products of impurity phase appeared easily, lead to poor performance, which restricts the application of materials, provides a method for preparing dense Ti2AlC materials. With Ti powder, Al powder and carbon nanotube as raw materials, compact Ti2AlC materials were prepared by near isothermal cladding forging process. The mixing process of powder is simplified. It is directly carried out on the ordinary hydraulic press, which is beneficial to the industrial production, and the process is simple and the cost is low. The Ti2AlC material prepared by the invention has high density and fine grain due to the high temperature and large deformation method adopted.

【技术实现步骤摘要】
一种致密Ti2AlC材料的制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种致密Ti2AlC材料的制备方法。
技术介绍
新型三元层状陶瓷材料Ti2AlC以其优异性能成为近年来国内外众多材料学者研究的热点。它既具有金属的性能，有很好的导热和导电性能，有较低的Vikers硬度，像金属一样可进行机械加工，同时又具有陶瓷的性能，高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能，同时还具有自润滑、抗热震等奇特性能，作为一种金属间化合物材料，其又兼具金属材料和陶瓷材料的性能，具有可加工性、优异的高温抗氧化性能，这些优异性能使其具有广阔的应用前景，尤其在高温结构材料部件，高铁受电弓滑板、新型摩擦片复合材料领域具有广阔的应用前景。迄今为止，Ti2AlC材料主要通过固相反应，采用粉末冶金的方法制备。由于Ti和Al的偏扩散，易形成大量空隙，很难制备致密度较高的合金。当前，其制备方法主要采用热压烧结，等离子烧结以及自蔓延烧结和化学气相沉积法等工艺，这些方法设备昂贵，成本较高，工艺复杂，难以进行工业化推广，制约了Ti2AlC材料的应用，同时产物中经常伴随大量杂质相TiC和Ti-Al金属间化合物，使其最终性能得不到很好的提高。
技术实现思路
本专利技术为了解决目前Ti2AlC材料制备工艺采用的设备昂贵，成本较高，工艺复杂，难以工业化推广，且产物中易出现杂质相，导致性能差，从而制约材料应用的问题，提供了一种致密Ti2AlC材料的制备方法。本专利技术由如下技术方案实现的：一种致密Ti2AlC材料的制备方法，以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用近等温包套锻造法一次性制备致密Ti2AlC材料。所述Ti粉、Al粉和碳纳米管的原子比为：（2-4）:（1-2）:1；所述Ti粉粒径为100-200μm、Al粉粒径为20-50μm，碳纳米管的粒径为100-200μm。具体制备方法为：（1）混料：将Ti粉、Al粉和碳纳米管按比例在混料机中混料，混料时间为2-6h，转速为100-400r/min；（2）制备预制块坯体：混合均匀的粉体放入模具中，然后在压力机上压制，压力控制为100MPa-200MPa，保压10-20min，然后自动降压，制备成预制块坯体；（3）近等温约束变形：预制块坯体放入306不锈钢套管内，将306不锈钢套管缝隙全部采用氩弧焊焊接，形成内置预制块坯体的密闭腔体，然后将其放入压力机上进行近等温约束变形，1300℃-1400℃保温2-4小时，应变速率为1-5×10-3s-1，变形量为80%-90%，锻造结束后1300℃-1400℃随炉冷却；（4）解除约束：冷却后的锻坯用机加工的方法解除306不锈钢套管约束，获得致密Ti2AlC材料。所述套管的厚度为30-50mm。所述混料机为V型混料机。Ti2AlC材料既具有陶瓷的高硬度，又具有金属的高温变形能力。常规Ti2AlC材料的制备多采用等离子烧结和自蔓延烧结等方法，制备的Ti2AlC材料致密度不高，并且制备成本高。本专利技术充分利用了Ti2AlC材料的高温变形能力，利用近等温包套变形对其进行大变形量锻造，所有高温工艺在约束变形内进行，因此充分闭合Al元素偏扩散形成的空隙，消除了Al元素向Ti元素的偏扩散造成的空洞，获得的Ti2AlC材料致密度大大提高；由于所有高温工艺均在约束变形内进行，有效的降低了制备过程中的含氧量，消除了氧的致脆化，从而提高了Ti2AlC材料的硬度等性能。本专利技术利用了Ti2AlC材料高温塑性高的优点，利用近等温包套变形对其进行大变形量锻造，在高温和大变形量作用下，充分闭合Al元素偏扩散形成的空隙，制备高致密度、晶粒细小的Ti2AlC材料。采用Ti粉及Al粉的元素粉末，对比与采用TiAl合金粉末，可以制备致密的TiAl合金自润滑材料，消除Al元素向Ti元素的偏扩散造成的空洞；所有高温工艺均在约束变形内进行，有效的降低了含氧量，消除了氧的致脆化，提高了TiAl合金自润滑材料的性能；包套锻造工艺简单，操作方便，周期短，效率高。本专利技术无需球磨，无需分散剂，直接混料，简化了粉末混合工艺。不使用真空烧结，热等静压，等离子烧结以及自蔓延烧结等高端昂贵设备，直接在普通液压机上进行，有利于工业化生产，工艺简单，成本较低。3、由于利用了Ti2AlC合金良好的高温变形能力，本专利技术制备的Ti2AlC材料致密度高，晶粒细小。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的致密Ti2AlC材料的XRD衍射图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明，但不限定本专利技术。实施例1：一种致密Ti2AlC材料的制备方法，以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用近等温包套锻造法一次性制备致密Ti2AlC材料。所述Ti粉、Al粉和碳纳米管的原子比为：2:1:1；所述Ti粉粒径100μm、Al粉粒径为20μm，和碳纳米管的粒径100μm。具体制备方法为：（1）混料：将Ti粉、Al粉和碳纳米管按比例在V型混料机中混料，每次质量为500g，混料时间为2h，转速为100r/min；（2）制备预制块坯体：混合均匀的粉体放入模具中，然后在压力机上压制，压力控制为100MPa，保压10min，然后自动降压，制备成预制块坯体；（3）近等温约束变形：预制块坯体放入306不锈钢套管内，将306不锈钢套管缝隙全部采用氩弧焊焊接，形成内置预制块坯体的密闭腔体，套管的厚度为30mm，然后将其放入压力机上进行近等温约束变形，1300℃保温4小时，应变速率为1×10-3s-1，变形量为80%，锻造结束后1300℃随炉冷却；（4）解除约束：冷却后的锻坯用机加工的方法解除306不锈钢套管，获得致密Ti2AlC材料。经阿基米德方法分析，实施例1所制备的Ti2AlC材料的致密度98%，晶粒尺寸2μm左右。硬度达到2.5GPa。结合图1XRD衍射图显示所制备的Ti2AlC材料主要含有Ti2AlC相，不含有其他的杂质成分相。实施例2：一种致密Ti2AlC材料的制备方法，以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用近等温包套锻造法一次性制备致密Ti2AlC材料。所述Ti粉、Al粉和碳纳米管的原子比为：3:1.5:1。所述Ti粉粒径150μm、Al粉粒径为35μm，和碳纳米管的粒径150μm。具体制备方法为：（1）混料：将Ti粉、Al粉和碳纳米管按比例在V型混料机中混料，每次质量为500g，混料时间为4h，转速为300r/min；（2）制备预制块坯体：混合均匀的粉体放入模具中，然后在压力机上压制，压力控制为150MPa，保压15min，然后自动降压，制备成预制块坯体；（3）近等温约束变形：预制块坯体放入306不锈钢套管内，将306不锈钢套管缝隙全部采用氩弧焊焊接，形成内置预制块坯体的密闭腔体，套管的厚度为40mm，然后将其放入压力机上进行近等温约束变形，1350℃保温3小时，应变速率为3×10-3s-1，变形量为85%，锻造结束后1350℃随炉冷却；（4）解除约束：冷却后的锻坯用机加工的方法解除解除306不锈钢套管，获得致密Ti2AlC材料。经阿基米德方法分析，本实施例所制备的Ti2AlC材料的致密度98.7%，晶粒尺寸2.5μm左右。硬度约为2.8GPa。实施例3：一种致密Ti2AlC材料的制备方法，以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用近等温包套锻造法一次性制备致密T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种致密Ti2AlC材料的制备方法，其特征在于：以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用近等温包套锻造法一次性制备致密Ti2AlC材料。

【技术特征摘要】
1.一种致密Ti2AlC材料的制备方法，其特征在于：以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用近等温包套锻造法一次性制备致密Ti2AlC材料。2.根据权利要求1所述的一种致密Ti2AlC材料的制备方法，其特征在于：所述Ti粉、Al粉和碳纳米管的原子比为：（2-4）:（1-2）:1。3.根据权利要求1所述的一种致密Ti2AlC材料的制备方法，其特征在于：所述Ti粉粒径为100-200μm、Al粉粒径为20-50μm，碳纳米管的粒径为100-200μm。4.根据权利要求1至3所述的任意一种致密Ti2AlC材料的制备方法，其特征在于：具体制备方法为：（1）混料：将Ti粉、Al粉和碳纳米管按比例在混料机中混料，混料时间为2-6h，转速为100-400r/min；（2）制备预制块坯体：混合均匀的粉体放入模具中，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树志，侯赵平，张长江，林鹏，韩建超，徐萌，宋志文，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14