[发明专利]一种Al基复合材料及利用该Al基复合材料快速制备TiAl基复合材料板材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料及利用复合材料制备板材的方法。

背景技术

TiAl基合金是一种新型轻质耐热结构材料，比重不到镍基合金的50％，具有轻质、高强、耐蚀、耐磨、耐高温等优点，并具有优异的常温和高温性能，成为全世界范围内航空、航天和军事领域研究和应用的重点材料。经过几十年的努力，目前TiAl基合金已经进入实用化发展阶段。其中，对TiAl基合金板材和箔材的需求最为迫切。利用Ti及Al元素板反应退火制备TiAl板材可以避免对TiAl脆性相的直接变形，表现出了极大地优越性，但反应速率过慢导致其生产周期过长。此外，单相的TiAl基金属化合物存在高温强度及蠕变性能不足，而加入增强体后制备的复合材料可以有效地解决这一问题，但也增加了TiAl基复合材料板材的制备难度。

综上所述，目前制备TiAl基合金存在反应速率过慢导致其生产周期过长的问题。

发明内容

本发明要解决目前制备TiAl基合金存在反应速率过慢导致其生产周期过长的问题，而提供了一种Al基复合材料及利用该Al基复合材料快速制备TiAl基复合材料板材的方法。

一种Al基复合材料，按照体积分数由88%～99.9%的Al和0.1%～12%的增强体制成；或一种Al基复合材料按照质量分数由85%～99.9%的Al和0.1%～15%的合金元素制成；其中增强体是SiC、B₄C、TiB₂、TiC和Ti₅Si₃中的一种或几种的组合，合金元素是Ti、Si、B和Fe中的一种或几种的组合。

利用上述一种Al基复合材料快速制备TiAl基复合材料板材的方法，具体是按照以下步骤制备的：

一、按照纯Ti板和权利要求1所述的一种Al基复合材料的厚度比为1.01～1.09：1，将纯Ti板和Al基复合材料打磨成纯Ti箔和Al基复合材料箔，其中纯Ti箔的厚度为50μm～250μm；

二、采用体积浓度为5%～20%的HF溶液清洗步骤一得到的纯Ti箔，采用质量浓度为5%～20%的NaOH溶液清洗步骤一得到的Al基复合材料箔，再将纯Ti箔和Al基复合材料箔在丙酮中超声清洗并烘干；

三、将步骤二处理后的纯Ti箔和Al基复合材料箔交替叠层放置，再进行热压处理，控制热压温度为350℃～550℃，压力为20MPa～50MPa，保温时间为1h～2h，得到Ti-Al基复合材料板材；

四、将步骤三得到的Ti-Al基复合材料板材放入真空热压炉中进行反应退火，控制温度为650℃～800℃，保温4h～10h，再升温至1000℃～1300℃进行致密化处理，控制致密化处理压力为20MPa～100MPa，保温时间为0.5h～10h，然后在温度为1300℃～1400℃条件下保温10min～60min，得到TiAl基复合材料板材。

本发明的有益效果是：本发明制备的TiAl基复合材料板材可通过调整纯Ti箔和Al基复合材料箔的相对厚度、Al基复合材料箔中增强体及合金元素的种类和含量，实现TiAl基复合材料板材高温力学性能的提高。

本发明通过向Al元素板中引入合金元素或增强体，利用热压及反应退火制备TiAl基复合材料板材，可以有效地改善目前制备TiAl基合金存在反应速率过慢导致其生产周期过长的问题，使得TiAl基复合材料板材的规模生产成为可能。

本发明方法具有以下优点：

(1)反应速率较快，生产周期短；

(2)一次性完成TiAl基复合材料板材的制备，生产工艺简单易行，成本低；

(3)制备过程无污染，材料致密；

(4)组织细小且可控。

本发明用于制备TiAl基复合材料板材。

附图说明

图1为实施例一步骤五中660℃反应退火1h后的透射电镜图，图2为Al的衍射斑点图如所示，图3为TiAl₃的衍射斑点图，图4为660℃反应退火1h后界面处的扫描电镜图，图5为界面层的成分分析图，图6为界面处Si元素的成分分析图；

图7为实施例一制备的TiAl基复合材料板材的扫描电镜图；

图8为实施例二制备的TiAl基复合材料板材的扫描电镜图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。