一种Nb/高Nb‑TiAl层状复合材料及其制备方法，属于合金制备技术领域，本发明专利技术要解决高Nb‑TiAl合金本征脆性，室温塑韧性低，不易加工成型以及Nb等高熔点难熔合金元素扩散不均匀的问题。所述方法：一、Ti箔、Al箔和Nb箔的表面清洗；二、高Nb‑TiAl合金的结构设计和叠层；三、将洗好的Nb箔和按照设计好的高Nb‑TiAl合金结构进行叠层，制备预制件；四、低温热处理；五、中温退火；六、高温热压即得。本发明专利技术用于制备Nb/高Nb‑TiAl层状复合材料，可以近成型板材等其它复杂形状的Nb/高Nb‑TiAl合金层状复合材料。
A Nb/High Nb-TiAl Laminated Composite and Its Preparation Method
【技术实现步骤摘要】
一种Nb/高Nb-TiAl层状复合材料及其制备方法
本专利技术属于合金材料制备
，具体涉及一种Nb/高Nb-TiAl层状复合材料及其制备方法。
技术介绍
高Nb-TiAl基合金具有优异的高温性能，相比于普通TiAl合金，高Nb-TiAl基合金不仅能提高TiAl合金700℃以上的抗氧化性，还能使TiAl基合金的使用温度提高60～100℃。但是，高Nb-TiAl合金室温塑形及韧性低，本征脆性使得对其加工和成型非常困难，因此很难制备尺寸较薄的板材以及其它形状复杂的结构件；采用等温锻造、热轧等方式对高Nb-TiAl合金进行加工，取得了一定的效果；但是，这些方法对设备和技术要求高，成本也较高。基于此，如何在提高高Nb-TiAl合金的室温塑韧性的同时，也能保证其良好的高温性能不受影响，同时能近成型板材或其它形状复杂的结构件是目前需要迫切解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了在提高高Nb-TiAl合金的室温塑韧性的同时，能保证其良好的高温性能不受影响，同时能近成型板材或其它形状复杂的结构件，提供一种Nb/高Nb-TiAl层状复合材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种Nb/高Nb-TiAl层状复合材料，所述层状复合材料由周期性的Nb层和高Nb-TiAl合金结构组成，Nb是纯Nb层，高Nb-TiAl合金由α2-Ti3Al和γ-TiAl两相构成。一种上述的Nb/高Nb-TiAl层状复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：一、依次使用酒精和丙酮分别对Ti箔、Al箔和Nb箔超声清洗5～10min，去除表面的油污，然后利用5vol.％～15vol.％HF、100vol.％HF和5vol.％～15vol.％NaOH溶液分别对Ti箔、Nb箔和Al箔进行表面清洗，去除表面的氧化皮，最后用酒精超声清洗2～5min后，吹干备用；二、利用磁控溅射在吹干后的部分Ti箔、Al箔材料一侧表面磁控溅射镀Nb或Nb基合金膜，镀膜厚度为2～4μm，最后对镀膜后的Ti箔、Al箔进行尺寸裁剪，进行Ti箔和Al箔的交替叠层，制备得到高Nb-TiAl合金层；所述Ti箔和Al箔磁控溅射时的长度为10～100mm，宽度为5～10mm；三、将步骤一得到的Nb箔和步骤二中得到的高Nb-TiAl合金层进行叠层，叠成至少一个周期层，然后使用石墨纸进行包覆，利用钢丝线固定住叠层，得到Nb/高Nb-TiAl层状复合材料预制件；四、将步骤三制备的预制体装入石墨模具中，然后放入真空热压炉中，真空抽至1×10-3Pa以下，在520～550℃热压10～30min，施加40～80MPa压力；然后进行低温退火，即升温到600～660℃保温4～10h，施加10～30MPa压力，获得Nb/Ti-TiAl3/Nb组织；五、将步骤四得到的Nb/Ti-TiAl3/Nb组织，升温到800～880℃保温10～30h，施加30～50MPa压力，获得周期结构为Nb-Ti3Al-TiAl-Nb的层状复合材料；六、将步骤五得到的周期结构为Nb-Ti3Al-TiAl-Nb的层状复合材料升温到1200～1400℃保温10～120min，施加40～80MPa压力，获得Nb/高Nb-TiAl层状复合材料。本专利技术相对于现有技术的有益效果为：一、采用箔冶金的方式制备Nb/高Nb-TiAl层状复合材料，利用箔材良好的室温变形和成型性特征，能够近成型板材及其它形状复杂的结构件，避免了后续对材料的成型加工；二、采用磁控溅射结合箔冶金真空热压的方法设计高Nb-TiAl基合金材料的结构，能有效解决Nb等高熔点难熔合金在TiAl基合金中扩散不均匀等问题，获得高性能的高Nb-TiAl合金层；三、采用高熔点耐高温性、韧性较好的Nb和高温性能较好的高Nb-TiAl合金形成层状结构，既能提高TiAl基合金的室温塑韧性，也能提高其高温性能。附图说明图1为层叠材料的结构示意图；图2为镀膜后的箔材的微观形貌图；图3为采用磁控溅射在箔材表面镀膜后的宏观形貌图；图4为经过550℃/30min/50MPa+650℃/4h/15MPa+865℃/3h/20MPa反应后的电子背散射像；图5为图4的放大图；图6为经过550℃/30min/50MPa+650℃/4h/15MPa+865℃/20h/20MPa反应后的电子背散射像。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围之中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种Nb/高Nb-TiAl层状复合材料，所述层状复合材料由周期性的Nb层和高Nb-TiAl合金结构组成，Nb是纯Nb层，高Nb-TiAl合金由α2-Ti3Al和γ-TiAl两相构成。两相可以形成片层取向一致全片层结构，也可以形成近全片层、双态、等轴组织等组织中的一种。本专利技术中，所述α2-Ti3Al和γ-TiAl两相中，固溶一定量的合金元素Nb或除Nb外的其它合金元素，能提高高Nb-TiAl合金层的高温性能。本专利技术Nb层和高Nb-TiAl层之间为冶金连接，具有很好的连接界面。Nb/高Nb-TiAl层状复合材料中独特的层状结构可以补偿单层材料内在性能的不足，得到强韧性最佳配合的材料。本专利技术中采用多层材料和延展性或者塑性很好的纯Nb与高Nb-TiAl合金复合，一定程度上能够解决高Nb-TiAl合金存在的脆性问题。具体实施方式二：一种具体实施方式一所述的Nb/高Nb-TiAl层状复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：一、依次使用酒精和丙酮分别对Ti箔、Al箔和Nb箔超声(2000W)清洗5～10min，去除表面的油污，然后利用5vol.％～15vol.％HF、100vol.％HF和5vol.％～15vol.％NaOH溶液分别对Ti箔、Nb箔和Al箔进行表面清洗，去除表面的氧化皮，最后用酒精超声(2000W)清洗2～5min后，吹风机吹干备用；二、利用磁控溅射在吹干后的部分Ti箔、Al箔材料一侧表面磁控溅射镀Nb或Nb基合金膜(单面镀膜)，镀膜厚度为2～4μm，最后对镀膜后的Ti箔、Al箔进行尺寸裁剪，进行Ti箔和Al箔的交替叠层，制备得到高Nb-TiAl合金层；所述Ti箔和Al箔磁控溅射时的长度为10～100mm，宽度为5～10mm；三、将步骤一得到的Nb箔和步骤二中得到的高Nb-TiAl合金层进行叠层，叠成至少一个周期层，然后使用石墨纸进行包覆，利用直径为0.1～0.2mm的钢丝线固定住叠层，制备Nb/高Nb-TiAl层状复合材料预制件；四、将步骤三制备的预制体装入石墨模具中，然后放入真空热压炉中，真空抽至1×10-3Pa以下，在520～550℃热压10～30min，施加40～80MPa压力；然后进行低温退火，即升温到600～660℃保温4～10h，施加10～30MPa压力，获得Nb/Ti-TiAl3/Nb组织；所述石墨模具的形状可以是长方体形，也可以是其他复杂的形状，这样就达到了成型板材或复杂结构件的目的；五、将步骤四得到的Nb/Ti-TiAl3/Nb组织，升温到800～880℃保温10～30h，施加30～50MPa压力，获得周期结构为Nb-Ti3Al-TiAl-Nb的层状复合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Nb/高Nb‑TiAl层状复合材料，其特征在于：所述层状复合材料由周期性的Nb层和高Nb‑TiAl合金结构组成，Nb是纯Nb层，高Nb‑TiAl合金由α2‑Ti3Al和γ‑TiAl两相构成。
【技术特征摘要】
1.一种Nb/高Nb-TiAl层状复合材料，其特征在于：所述层状复合材料由周期性的Nb层和高Nb-TiAl合金结构组成，Nb是纯Nb层，高Nb-TiAl合金由α2-Ti3Al和γ-TiAl两相构成。2.一种权利要求1所述的Nb/高Nb-TiAl层状复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：一、依次使用酒精和丙酮分别对Ti箔、Al箔和Nb箔超声清洗5～10min，去除表面的油污，然后利用5vol.％～15vol.％HF、100vol.％HF和5vol.％～15vol.％NaOH溶液分别对Ti箔、Nb箔和Al箔进行表面清洗，去除表面的氧化皮，最后用酒精超声清洗2～5min后，吹干备用；二、利用磁控溅射在吹干后的部分Ti箔、Al箔材料一侧表面磁控溅射镀Nb或Nb基合金膜，镀膜厚度为2～4μm，最后对镀膜后的Ti箔、Al箔进行尺寸裁剪，进行Ti箔和Al箔的交替叠层，制备得到高Nb-TiAl合金层；所述Ti箔和Al箔磁控溅射时的长度为10～100mm，宽度为5～10mm；三、将步骤一得到的Nb箔和步骤二中得到的高Nb-TiAl合金层进行叠层，叠成至少一个周期层，然后使用石墨纸进行包覆，利用钢丝线固定住叠层，制备Nb/高Nb-TiAl层状复合材料预制件；四、将步骤三制备的预制件装入石墨模具中，然后放入真空热压炉中，真空抽至1×10-3Pa以下，在520～550℃热压10～30min，施加40～80MPa压力；然后进行低温退火，即升温到600～660℃保温4～10h，施加10～30MPa压力，获得Nb/Ti-TiAl3/Nb组织；五、将步骤四得到的Nb/Ti-TiAl3/Nb组织，升温到800～880℃保温10～30h，施加30～50MPa压力，获得周期结构为Nb-Ti3Al-TiAl-Nb的层状复合...
【专利技术属性】
技术研发人员：骆良顺，李东海，徐严谨，韩宝帅，王亮，苏彦庆，郭景杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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