[发明专利]一种周期性错位通孔钛合金层强韧化TiAl基合金板材及其制备方法

说明书

本发明提供一种周期性错位通孔钛合金层强韧化TiAl基合金板材及其制备方法，属于先进金属材料领域。本发明提供的是一种叠层结构TiAl基合金板材，在利用材料组元本征性能的基础上，能充分发挥材料中不同组元间的协同、耦合及多功能响应机制，能在一定程度上提高材料的综合性能，使得材料在提高强度和刚度的同时，其韧塑性也大幅提高，而且特殊的叠层结构能够实现能量耗散，降低裂纹尖端应力集中，使得多界面结构具备更佳的增韧效果。本发明通过在TiAl基合金层间设置韧性的钛合金层，二者交互层叠分布形成仿生叠层结构，并且由于钛合金层中错位贯通结构的存在，实现了层与层之间的错位连接，实现了高强高韧的效果。

技术领域

本发明涉及先进金属材料技术领域，特别涉及一种周期性错位通孔钛合金层强韧化TiAl基合金板材及其制备方法。

背景技术

钛铝金属间化合物兼具金属和陶瓷的优良性能，可取代密度大的镍基、钴基等高温合金，制作某些航空航天结构件以及地面动力系统转动或往复运动结构件，实现推力重量比值和燃油效率的大幅度提高，在航空航天、汽车等领域具有重要的应用前景。到目前为止，TiAl合金已步入实用化阶段。例如，2006年6月，GE公司采用4822合金(Ti-48Al-2Cr-2Nb)制造GEnx发动机第6、7两级低压涡轮叶片，成为γ-TiAl合金制造的关键结构件的首次应用。国内北京科技大学发展了高温高Nb-TiAl合金，被TiAl合金研究领域国际权威Young-WonKim教授肯定为发展高温高性能TiAl合金的“首例”，居国际领先水平。中国科学院金属研究所采用精密铸造法制造了γ-TiAl合金低压涡轮叶片，已用在英国罗罗公司Trent XWB发动机，完成了覆盖一个大修周期的1750次模拟飞行循环考核试验。但是TiAl基合金研究应用受限于室温本征脆性，导致其难以加工变形，大大限制了其应用领域。

但是，现有技术中存在TiAl基合金强度-塑性相互“倒置”的问题，已成为国内外金属材料学科领域重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种周期性错位通孔钛合金层强韧化TiAl基合金板材及其制备方法。本发明提供的周期性错位通孔钛合金层强韧化TiAl基合金板材兼具良好的强度和韧性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种周期性错位通孔钛合金层强韧化TiAl基合金板材，包括依次层叠排列的TiAl基合金层和错位通孔钛合金层；所述错位通孔钛合金层中设置有贯通结构，所述贯通结构的两个开口分别位于钛合金层的上下表面，所述贯通结构的错位开口位置处于相邻钛合金层中每四个通孔所构成的四边形的中心位置，所述贯通结构中填充有TiAl基合金，所述钛合金层相邻两侧的TiAl基合金层通过贯通结构中的TiAl基合金连接，所述TiAl基合金层和钛合金层之间、贯通结构中的TiAl基合金和钛合金之间通过Ti₃Al界面层连接。

优选地，所述TiAl基合金层的厚度独立地为0.1～1.5mm。

优选地，所述TiAl基合金层中Ti与Al的原子比为(55～35):(45～65)。

优选地，所述钛合金层的厚度独立地为0.05～0.3mm。

优选地，所述钛合金层的材质为TA钛合金、TB钛合金或TC钛合金。

优选地，所述贯通结构的开口形状为圆形或长方形，

当所述贯通结构的开口形状为圆形时，开口的直径为0.5～3mm，两圆形的圆心间距为2～12mm；

当所述贯通结构的开口形状为长方形时，开口的长为1～5mm，宽为0.2～1mm，两长方形的中心点的距离为3.5～7.5mm。

优选地，所述Ti₃Al界面层的厚度独立地为5～150μm。