一种连续金属Mo丝增强Ti/Al制造技术

本发明专利技术提供一种连续金属Mo丝增强Ti/Al

A continuous metal Mo wire reinforced Ti / Al

【技术实现步骤摘要】
一种连续金属Mo丝增强Ti/Al3Ti层状复合材料及制备方法
本专利技术涉及一种复合材料及制备方法，尤其涉及连续金属Mo丝增强Ti/Al3Ti层状复合材料及制备方法，属于复合材料领域，复合材料结构设计、制备技术，包括纤维增韧技术、纤维增强技术、特殊叠层高吸能材料技术。
技术介绍
随着现代工业的快速发展以及材料科学技术的日新月异，单一的金属或合金已经无法满足现代工业对材料综合性能的要求，各行业对高性能复合材料需求也日益迫切。其中近些年迅猛发展的航空航天领域，对所采用的高温结构材料的要求更为严格和急切。对航空飞行器来说，降低飞行器的总重量并提高飞行器发动机的工作温度既能够增加其推重比，同时还能节省飞行器自身所消耗的燃料，使其拥有更好的飞行性能。因此，具有轻质、高强、高模量、耐高温、抗氧化、抗蠕变性能的航空材料要求使得原本普遍应用于航空航天领域的高温镍基合金已经无法很好的满足这些要求。高温合金逐渐展现出的缺点使得人们的目光转移到复合材料上，如陶瓷基复合材料，C/C复合材料，难熔金属硅化物基复合材料，金属间化合物基复合材料等。在新型高温材料研究中，金属间化合物基复合材料引起了人们的极大关注。金属间化合物不仅具有优良物理化学性质，而且具有比强度高、高温力学性能优良、抗氧化性及高抗蠕变等诸多优异性能。同时，金属间化合物的键合方式为金属键和共价键共存的特性。这就使得其使用温度能够介于金属超合金和陶瓷之间，与金属合金相比具有更高的使用温度，与陶瓷相比又具有更低的脆性，是20世纪90年代发展起来的新型高温结构材料。金属间化合物的这些优点使得其在航空航天、交通运输、机械化工等许多工业领域应用前景广泛。尽管金属间化合物的种种优点，但并非所有的金属间化合物都能成为高温结构材料，其中有具有铍化物，铝化物和硅化物的金属间化合物才符合新型高温结构材料的要求，其中以铝化物的金属间化合物的研究最为成熟。近年来，国内外对Ti-Al、Fe-Al、Ni-Al系等金属间化合物进行了大量研究。其中研究相对较多且较为成熟的Ti-Al系金属间化合物成为近年来轻质高温结构材料研究的热点之一。Ti-Al系金属间化合物具有低密度、高比强度、高比模量，以及高抗氧化性等优点，这使其成为替代普遍应用于航空航天领域高温镍基合金的理想材料。对于Ti-Al系金属间化合物目前研究最多的是TiAl金属间化合物。相对于其它几种金属间化合物，对于密度最小、比强度最高、高温抗氧化性能最好的Al3Ti人们也进行了大量的研究工作。但是由于金属间化合物低温脆性大、塑性差、断裂韧性低、疲劳韧性低等诸多缺点，很大程度上限制了其在工程中的实际应用。为了克服这些缺点，科研工作者进行了大量的探索研究实验，并通过加入合金元素进行合金化和热机械处理等方法获得细小均匀，偏析少的合金组织来改善其室温塑性差的缺点，但是通过研究证明此类方法在一定程度上提高Al3Ti金属间化合物的强度，提高断裂韧性，但是并不能有效的解决其脆性大的难题，使得Al3Ti金属间化合物的广泛应用受到限制。并且远不能达到实际应用的水平。因为在复合材料中各种材料性能上能够互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于各原组成材料，从而能够满足各种不同的要求。人们想到了引入塑韧性良好的金属来制备成层状复合材料来改善金属间化合物塑性差的问题，即引入力学性能良好的金属Ti，利用自然界贝壳结构的仿生学设计制备成低密度、高强度的Ti/Al3Ti金属间化合物基层状复合材料。很大程度上改善了复合材料的室温塑韧性差的问题。另一方面，因为连续纤维作为增强体的复合材料所显现出的优异性能，受到普遍关注。在复合材料中引入连续纤维增强体，很大程度上能够提升复合材料的综合性能。不管是陶瓷还是金属纤维增强体，性能良好的纤维增强体作为主要承载体使复合材料同时具有高强度，高韧性和良好的高温性能，展现出连续纤维增强的复合材料独特的性能优势，并且使用潜力巨大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种工艺简单，成本低廉，性能稳定可靠的连续金属Mo丝增强Ti/Al3Ti层状复合材料及制备方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种连续金属Mo丝增强Ti/Al3Ti层状复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将TC4箔、Al箔和Mo丝进行预处理；步骤二：将预处理好的TC4箔、Al箔和Mo丝按照“TC4-Al-Mo-Al-TC4”为一个单元叠放，最外层为TC4箔；步骤三：将叠放好的试样整体放入真空热压炉中，设置工艺参数并进行烧结。所述工艺参数具体为：在10-3Pa的低真空度且初始压力为3MPa的条件下100min内升温至640℃，并保温20min左右以保证试样的受热均匀，此时虽然未达到Al的熔点，但是会出现Al的软化现象，因此需要降低压力防止Al在融化后挤出过多的现象，将压力降为2MPa，并在20min内将温度升到660℃左右。当温度达到Al的熔点660℃时，需要停止压头压力，此时压力由2MPa逐渐变成0，保温140min后将压力逐渐调整到2MPa，继续保温40min后停止加热。本专利技术还包括这样一些特征：所述预处理具体为：砂纸打磨原始TC4箔、Al箔和Mo丝的边缘及表面；用超声波清洗机清洗打磨后的TC4箔、Al箔和Mo丝；放入丙酮液浸泡10分钟；再用酒精浸泡清洗TC4箔、Al箔和Mo丝表面，随后进行干燥处理；所述Al箔的Al含量≥99.6％；所述钼丝中Mo含量≥99.93％；一种连续金属Mo丝增强Ti/Al3Ti层状复合材料，其化学成分为：Mo≥99.93％，其它元素≤0.07％；所述其他元素具体为：铁Fe≤0.30、碳≤0.10、氮≤0.05、氢≤0.015、氧≤0.20、铝5.5～6.8、钒3.5～4.5、余量为钛。本专利技术的创新点为：(1)目前应用的纤维增强复合材料，并不具有层状材料的结构和性能特点，本专利技术所制备出的连续Mo丝增强Ti/Al3Ti层状复合材料具有特殊的高吸能叠层结构，在力学性能方面有优异的性能。(2)本专利技术采用真空热压烧结制备方法，为低温箔冶金技术，较低温度就能达到反应要求，节约能源的同时，还能保留原材料性能；本专利技术可以很方便的通过改变起始金属箔材厚度、箔材类型、排列顺序以及连续Mo丝尺寸来设计复合材料的结构和性能，并对复合材料的性能进行优化，制备出高性能结构-功能一体化复合材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术所设定的特殊工艺参数有利于反应生成单相基体Al3Ti，与其他Ti-Al系金属间化合物(如TiAl和AlTi3)相比，Al3Ti具有更高的弹性模量(215GPa)、更低的密度(3.3g/cm3)，因此所专利技术的连续Mo增强层状复合材料具有低密度、高强度、高模量等力学性能。(2)本专利技术制备的层状复合材料由于其特殊的叠层结构和纤维增强作用，复合材料的失效分析结果表明：Al3Ti基体的失效为穿晶断裂，金属钼丝的脱粘、拔出等行为和韧性层Ti层对复合材料的韧性提高明显。(3)本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续金属Mo丝增强Ti/Al

【技术特征摘要】
1.一种连续金属Mo丝增强Ti/Al3Ti层状复合材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：将TC4箔、Al箔和Mo丝进行预处理；
步骤二：将预处理好的TC4箔、Al箔和Mo丝按照“TC4-Al-Mo-Al-TC4”为一个单元叠放，最外层为TC4箔；
步骤三：将叠放好的试样整体放入真空热压炉中，设置工艺参数并进行烧结。
所述工艺参数具体为：在10-3Pa的低真空度且初始压力为3MPa的条件下100min内升温至640℃，并保温20min左右以保证试样的受热均匀，此时虽然未达到Al的熔点，但是会出现Al的软化现象，因此需要降低压力防止Al在融化后挤出过多的现象，将压力降为2MPa，并在20min内将温度升到660℃左右。当温度达到Al的熔点660℃时，需要停止压头压力，此时压力由2MPa逐渐变成0，保温140min后将压力逐渐调整到2MPa，继续保温40min后停止加热。


2.根据权利要求1所述的连续金属Mo丝增强Ti/Al3Ti层状复合材料的制备方法，其特征是，所述预处理具体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜风春，常云鹏，牛中毅，王振强，果春焕，李秀才，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23