[发明专利]一种Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiAl基复合材料板材的制备方法。

背景技术

TiAl基合金因为其具有比强度高，比刚度高，高温抗氧化性能好等特点而成为未来航天航空领域中应用首选的结构材料，但单纯的TiAl金属化合物却存在高温强度不足的问题，而加入增强体后制备出复合材料可以有效地解决这一问题，但板材的致密度和强度很难得到保证。高致密、高强度的TiAl基板材的制备是其使用的重要突破口之一，但因为TiAl合金具有室温脆性及断裂韧性低的特点导致板材的制备条件极其苛刻，而具有弥散增强体分布的高致密、高强度的TiAl基复合材料板材制备起来更加困难。

Ti₅Si₃颗粒具有高熔点,密度相对较低，高温强度高，可以有效地增强TiAl基体，而且与TiAl界面结合较好，Si元素能够提高合金的断裂强度和高温蠕变抗力，提高TiAl基体的致密度，同时在合金中形成的Ti₅Si₃颗粒能够抑制合金的晶粒长大，保持合金片层组织的稳定性，是非常有前景的增强体材料。目前，在Ti及TiAl基合金中已经有了比较广泛地应用。利用原位自生的手段在TiAl基合金中加入Ti₅Si₃增强体颗粒具有界面结合优良，增强效果明显等优点。通常，Ti₅Si₃增强TiAl基复合材料的制备方法多是基于机械合金化和铸造冶金两种工艺，工艺复杂，成本高，增强体的分布不均匀。

在中国已公开专利《Ti₅Si₃颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法》（申请号：201210259740.8）中公开一种Ti₅Si₃颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法解决了工艺复杂，成本高，增强体的分布不均匀的问题，但其存在断裂强度和延伸率低的问题仍没有解决，在温度为800℃条件下，断裂强度仅为214MPa，断裂延伸率为2.10%。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的Ti₅Si₃颗粒增强TiAl基复合材料板材存在断裂强度和延伸率低的问题，而提供一种Ti₅Si₃颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法。

本发明一种Ti₅Si₃颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法，按以下步骤进行：

一、将Al-Si合金箔与纯Ti箔交替叠层，然后放置于真空热压炉中，在温度为300℃～500℃和压力为10MPa～30MPa的条件下进行热压处理0.5h～2h，得到多层Ti-(Al-Si)复合板材；

二、将步骤一制得的多层Ti-(Al-Si)复合板材在温度为500℃～800℃的无压条件下热处理5h～30h，得到含Ti(Al,Si)₃固溶体复合板材；

三、将步骤二得到的含Ti(Al,Si)₃固溶体复合板材在温度为900℃～1200℃和压力为10MPa～50MPa的条件下热处理5h～40h，得到Ti₅Si₃颗粒增强的TiAl基复合材料板材粗品；

四、将步骤三得到的Ti₅Si₃颗粒增强的TiAl基复合材料板材粗品在温度为1400℃和压力为10MPa～30MPa的条件下片层化热处理0.1h～0.5h，即得到Ti₅Si₃颗粒增强的TiAl基复合材料板材。

本发明采用梯度温度热处理法制备的Ti₅Si₃颗粒增强TiAl基复合材料板材，包括以下特点：