Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备方法技术

Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备方法，它涉及金属层状复合材料的制备方法。它要解决现有制备方法对设备要求高，工艺复杂的问题。本发明专利技术层状复合材料的制备方法：一、交替叠层放置的Ti箔和Al箔放入真空热压烧结炉中加热至300～500℃，同时加压；二、卸载压力，将叠层箔材再加热到600～800℃后保温，然后再加热到900～1300℃，同时施加10～30MPa的压力，保温后随炉冷却，退模，即得到Ti3Al-TiAl层状复合材料。本发明专利技术可以一次性完成层状复合材料的制备，生产工艺简单易行，对设备要求低，得到的层状复合材料界面结合致密，应用于航天涡轮发动机叶片，机翼和高级轿车发动机的构件上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属层状复合材料的制备方法。
技术介绍
TiAl金属间化合物主要包括Ti3Al, TiAl及TiAl3三种金属间化合物，其中TiAl3因为脆性大，还处于理论研究阶段，而Ti3Al及TiAl在航天航空及汽车エ业已经得到了广泛地应用，其中Ti3Al延性好，強度高，TiAl抗氧化性好，使用温度高，Ti3Al-TiAl复合材料兼有二者的优点，可以在结构材料应用中发挥更好的作用。层状材料是受自然界中贝壳结构的启发而设计的ー种新型结构材料。把贝壳的结构机制及韧化机理应用于多层复合材料的设计中，其目的是通过叠层来补偿单层材料内 在性能的不足，得到强、韧最佳配合的材料。对于多层材料，微观结构是决定其性能的ー个重要因素。多层材料性能优越于単体材料的原因是该材料的层间距较小，限制了位错的移动和缺陷的尺寸。目前，金属间化合物多层材料报道则很少。现有多层材料制备方法有多种，常见的等离子喷涂法，物理气相沉积法，磁共溅射法等，但是其制备エ艺对设备要求很高，エ艺复杂，大大提高了エ艺成本。如今需要开发新的层状材料的制备方法来简化工艺流程，降低成本，利于在エ业化生产中应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有层状复合材料的制备方法对设备要求高，エ艺复杂，成本高的问题，而提供Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备方法。本专利技术Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备方法是通过下列步骤实现一、将经过表面处理后的Ti箔和Al箔切割成小片，交替叠层放置10 30层，叠放的最上端和最下端皆为涂覆BN或者Y2O3的Ti箔，再往交替叠层放置的Ti箔和Al箔外包裹ー层涂覆BN的Ti箔，然后放置在石墨模具中，再把石墨模具放入真空热压烧结炉中加热至300 500°C，同时施加10 30MPa压力，保温O. 5 lh，得到叠层箔材；ニ、卸载步骤一中叠层箔材上的压力，以10°C /min的加热速率将叠层箔材加热到600 800°C，保温2 40h，使Ti箔和Al箔发生扩散反应生成TiAl3-Ti层状复合材料，然后以10°C /min的加热速率加热到900 1300°C，同时施加10 30MPa的压力，保温2 IOh后随炉冷却，退摸，即得到Ti3Al-TiAl层状复合材料；其中步骤一所述的表面处理是采用丙酮或甲醇擦洗Ti箔和Al箔表面，再分别进行酸洗处理或者碱洗处理；酸洗处理是使用体积浓度为5 10%的HF水溶液酸洗10 30s后用清水洗浄，吹干；碱洗处理是使用体积浓度为5 20%的NaOH水溶液碱洗10 30s后用清水洗浄，吹干；步骤一所述的Ti箔和Al箔厚度均为100 300 μ m ;步骤一所述的包裹ー层涂覆BN的Ti箔厚度为100 μ m。本专利技术包含如下优点I、采用本专利技术Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备方法可以一次性完成Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备，生产エ艺简单易行，成本低，制备过程使用的真空热压烧结炉为常规设备，因此本专利技术对设备要求低。2、本专利技术Ti3Al-TiAl层状复合材料的每层金属间化合物厚度可以方便地通过调整Ti箔和Al箔的厚度而得到不同厚度的层状复合材料。 3、本专利技术制备过程无污染，制备得到的层状复合材料界面结合致密，应用于航天涡轮发动机叶片，机翼和高级轿车发动机的构件上。附图说明图I是具体实施方式七制备的Ti3Al-TiAl层状复合材料的XRD图谱，〇表示TiAl，□表示 Ti3Al ；图2是具体实施方式七制备的Ti3Al-TiAl层状复合材料的扫描电镜照片。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备方法按下列步骤实现一、将经过表面处理后的Ti箔和Al箔切割成小片，交替叠层放置10 30层，叠放的最上端和最下端皆为涂覆BN或者Y2O3的Ti箔，再往交替叠层放置的Ti箔和Al箔外包裹ー层涂覆BN的Ti箔，然后放置在石墨模具中，再把石墨模具放入真空热压烧结炉中加热至300 500°C，同时施加10 30MPa压カ，保温O. 5 lh，得到叠层箔材；ニ、卸载步骤一中叠层箔材上的压力，以10°C /min的加热速率将叠层箔材加热到600 800°C，保温2 40h，使Ti箔和Al箔发生扩散反应生成TiAl3-Ti层状复合材料，然后以10°C /min的加热速率加热到900 1300°C，同时施加10 30MPa的压力，保温2 IOh后随炉冷却，退摸，即得到Ti3Al-TiAl层状复合材料；其中步骤一所述的表面处理是采用丙酮或甲醇擦洗Ti箔和Al箔表面，再分别进行酸洗处理或者碱洗处理；酸洗处理是使用体积浓度为5 10%的HF水溶液酸洗10 30s后用清水洗浄，吹干；碱洗处理是使用体积浓度为5 20%的NaOH水溶液碱洗10 30s后用清水洗浄，吹干；步骤一所述的Ti箔和Al箔厚度均为100 300 μ m ;步骤一所述的包裹ー层涂覆BN的Ti箔厚度为100 μ m。本实施方式步骤ー Ti箔和Al箔切割成500mm*500mm的正方形小片。本实施方式步骤ニ中所述卸载步骤一中叠层箔材上的压力，以10°C /min的加热速率将叠层箔材加热到600 800°C，保温2 40h，这ー过程是对叠层箔材进行退火热处理。本实施方式步骤ニ中所述以10°C /min的加热速率加热到900 1300°C，同时施加10 30MPa的压力，保温2 10h，这ー过程是对TiA13_Ti层状复合材料进行退火热处理。具体实施方式ニ 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一放入真空热压烧结炉中加热至330 450°C，同时施加15 26MPa压力。其它步骤及參数与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一放入真空热压烧结炉中加热至380°C，同时施加23MPa压力。其它步骤及參数与具体实施方式一相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤ニ将叠层箔材加热到650 760°C，保温10 35h，使Ti箔和Al箔发生扩散反应生成TiAl3-Ti层状复合材料，然后以10°C /min的加热速率加热到1000 1200°C，同时施加15 25MPa的压カ，保温3 8h后随炉冷却，退摸。其它步骤及參数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤ニ将叠层箔材加热到680°C，保温20h，使Ti箔和Al箔发生扩散反应生成TiAl3-Ti层状复合材料，然后以10°C /min的加热速率加热到1100°C，同时施加20MPa的压力，保温6h后随炉冷却，退摸。其它步骤及參数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式六本实施方式Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备方法按下列步骤实现一、将经过表面处理后的Ti箔和Al箔切割成500mm*500mm的正方形小片，交替叠层放置21层，叠放的最上端和最下端皆为涂覆BN的Ti箔，再往交替叠层放置的Ti箔和Al箔外包裹ー层100 μ m厚涂覆BN的Ti箔，然后放置在石墨模具中，再把石墨模具放入真空热压烧结炉中加热至500°C，同时施加30MPa压カ，保温lh，得到叠层箔材；ニ、卸载步骤一中叠层箔材上的压力，以10°C /min的加热速率将叠层箔材加热到800°C，保温5h，使Ti箔和Al箔发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
Ti3Al？TiAl层状复合材料的制备方法，其特征在于Ti3Al？TiAl层状复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、将经过表面处理后的Ti箔和Al箔切割成小片，交替叠层放置10～30层,叠放的最上端和最下端皆为涂覆BN或者Y2O3的Ti箔，再往交替叠层放置的Ti箔和Al箔外包裹一层涂覆BN的Ti箔，然后放置在石墨模具中，再把石墨模具放入真空热压烧结炉中加热至300～500℃，同时施加10～30MPa压力，保温0.5～1h，得到叠层箔材；二、卸载步骤一中叠层箔材上的压力，以10℃/min的加热速率将叠层箔材加热到600～800℃，保温2～40h，使Ti箔和Al箔发生扩散反应生成TiAl3？Ti层状复合材料，然后以10℃/min的加热速率加热到900～1300℃，同时施加10～30MPa的压力，保温2～10h后随炉冷却，退模，即得到Ti3Al？TiAl层状复合材料；其中步骤一所述的表面处理是采用丙酮或甲醇擦洗Ti箔和Al箔表面，再分别进行酸洗处理或者碱洗处理；酸洗处理是使用体积浓度为5～10%的HF水溶液酸洗10～30s后用清水洗净，吹干；碱洗处理是使用体积浓度为5～20%的NaOH水溶液碱洗10～30s后用清水洗净，吹干；步骤一所述的Ti箔和Al箔厚度均为100～300μm；步骤一所述的包裹一层涂覆BN的Ti箔厚度为100μm。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿林，逄锦程，范国华，李爱斌，崔喜平，张杰，郑镇洙，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：