[发明专利]一种Ti2AlN/TiAl复合材料组分精确调控的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法。

背景技术

目前报道的Ti₂AlN/TiAl复合材料的制备方法主要有以下两种：

喷射沉积法：以Ti、Al为喷射物质，喷射气氛为混合气体(氮气+氢气)，Ti液滴、Al液滴在飞行过程中表面渗氮，随后飞行的液滴落在已经预热的基板上，在基板上进一步反应后形成目标复合材料。此方法的缺点是：Ti、Al液滴表面吸附N元素的数量有限，因此难以大范围控制Ti₂AlN的体积分数；得到的材料中还含有少量其他种类的氮化物和Ti-Al系化合物，导致材料不纯；所得材料中的Ti₂AlN呈波浪状分布，导致材料各向异性；复合材料中含有一定数量的孔洞。

机械合金化法：以Ti粉、Al粉为原材料，在空气下机械球磨混合粉体，撞击过程中使Ti、Al颗粒表面吸附一定数量的N元素，同时也不可避免的吸附一定数量的O元素，机械球磨混合后的粉体经过真空或氩气气氛热压烧结后最终得到目标复合材料。此方法的缺点是：由于前期混粉过程中引入了O元素，所以最终材料中含有Al₂O₃杂质相；通过表面吸附、反应引进N元素，N元素的含量较少，难以实现大范围控制Ti₂AlN的体积分数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决现有制备Ti₂AlN/TiAl复合材料的方法易引入杂质，难以实现大范围控制Ti₂AlN体积分数的问题，提供了一种Ti₂AlN/TiAl复合材料组分精确调控的制备方法。

本发明一种Ti₂AlN/TiAl复合材料组分精确调控的制备方法如下：一、将Ti粉、Al粉、TiN粉和合金元素粉末放入液体分散剂中，然后在Ti粉、Al粉、TiN粉和合金元素粉末总重量与磨球重量比为1∶5、转速为300转/分钟的条件下球磨3小时～24小时，然后在温度为50℃～100℃条件下烘干，得混合粉体；二、将混合粉体放入石墨模具中，以10℃/分钟的升温速率从室温升至700℃，然后在700℃、压强为20MPa～60MPa的条件下保温保压1小时～4小时；三、将经过步骤二处理的放入混合粉体的石墨模具以10℃/分钟的升温速率从700℃升至900℃，然后在900℃、压强为20MPa～60MPa的条件下保温保压1小时～4小时；四、将经过步骤三处理的放入混合粉体的石墨模具以10℃/分钟的升温速率从900℃升至1300℃，然后在1300℃、压强为20MPa～60MPa的条件下保温保压0.5小时～2小时，再随炉冷却至室温，即得Ti₂AlN/TiAl复合材料；步骤一中合金元素的加入量为Ti粉、Al粉、TiN粉和合金元素粉末总重量的1％～5％，Ti粉与Al粉的质量比为62.74～95.22∶34.78～48.17，Ti粉与TiN粉的质量比为62.74～95.22∶7.58～68.26；步骤一中所述的液体分散剂为酒精、丙酮或蒸馏水；步骤一中所述的合金元素为Nb、Cr、Mn、Si及B中的一种或其中几种的组合。

本发明步骤二至四中依次发生如下反应：Ti+Al→TiAl₃+Ti₃Al；TiAl₃+Ti₃Al→TiAl+TiAl₂；扩散均匀化的过程中TiAl₂全部转化为TiAl；TiAl+TiN→Ti₂AlN，然后TiAl和生成的Ti₂AlN形成Ti₂AlN/TiAl复合材料。

本发明制备Ti₂AlN/TiAl复合材料的方法不引入杂质，通过调整TiN粉的加入量可以大范围控制Ti₂AlN的体积分数，本发明所得Ti₂AlN增强TiAl基复合材料中Ti₂AlN的体积分数为10％～90％，TiAl基体中Ti的原子百分比为45％～65％。

附图说明