[发明专利]一种TiN-Ni梯度功能材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种TiN‑Ni梯度功能材料及其制备方法和应用，所述TiN‑Ni梯度功能材料包括：Ni基体相、以及分布在Ni基体相中的质量分数呈梯度分布的TiN陶瓷相；所述TiN陶瓷相的含量≤65wt%，优选为35～65wt%。

技术领域

本发明涉及一种TiN-Ni梯度功能材料及其制备方法和应用，属于氮化钛增强镍基梯度功能材料领域。

背景技术

氮化钛增强镍基复合材料(TiN-Ni复合材料)具有陶瓷的耐高温蠕变性、抗热振性能以及金属的高温抗氧化性、高热导等综合性能，使其表现出不同于纯陶瓷和纯金属的独有性能，从而大幅度提高其在工程应用领域的可靠性。另外，TiN/Ni复合材料由于结合了金属和陶瓷的特性，具有耐高温、耐氧化、耐腐蚀等优点，作为高温结构材料被广泛应用于航空航天、能源、工业等领域。

TiN-Ni复合材料虽具有居多优点，但是结构单一，大多数情况下只能应用于单一环境下，不能应用于复杂环境，比如材料左右两侧环境不一致的情况下。例如，在能源、航空领域，器件两侧的工作气氛往往不同，一侧为空气，一侧为还原性气氛，单一配比的TiN-Ni只能适用于单一环境，不能满足复杂气氛环境要求。而且TiN-Ni复合材料若想获得高的抗氧化性能，必须要提高Ni含量来满足需求，与此同时带来的是热膨胀系数的明显提高，使得材料不能获得低热膨胀、高抗氧化的优异性能。

发明内容

针对于现有TiN-Ni复合材料性能方面的不足，本发明的目的在于提供一种高抗氧化、热膨胀系数可控且能适用于不同环境的TiN-Ni梯度功能材料及其制备方法和应用。

一方面，本发明还提供了一种一种TiN-Ni梯度功能材料，包括：Ni基体相、以及分布在Ni基体相中的质量分数呈梯度分布的TiN陶瓷相；所述TiN陶瓷相的含量≤65wt％，优选为35～65wt％。

在本公开中，将TiN-Ni材料设计制备成TiN-Ni多层且不同浓度的梯度功能材料，则能得到兼具低热膨胀和高抗氧化的材料，优选地可以根据多层结构不同分为A/B/A对称结构和A/B/C非对称结构。

较佳的，所述TiN-Ni梯度功能材料具有A/B/A对称结构；所述A中TiN陶瓷相的含量＞B中TiN陶瓷相的含量。

在本发明中，外侧层A采用高抗氧化的TiN-Ni粉体(Ni相含量高的复合粉体)，中间层B可以采用低膨胀系数的TiN-Ni粉体(TiN陶瓷相含量高的复合粉体)，以此调控整体材料的热膨胀系数，降低热应力产生的裂纹，提高力学性能。

又，较佳的，所述A中TiN陶瓷相的含量为35～45wt％；所述B中TiN陶瓷相的含量为45～55wt％。

又，较佳的，所述TiN-Ni梯度功能材料中B的含量为25～75wt％，优选为30～60wt％。在本发明的一实施方式中，可以调控中间层B在整体梯度功能材料A/B/A结构中的质量占比，实现整体材料的热膨胀系数在一定范围内可控，从而获得高抗氧化、热膨胀系数可控的TiN-Ni梯度功能材料。

较佳的，所述TiN-Ni梯度功能材料具有A/B/C非对称结构；所述A中TiN陶瓷相的含量＜B中TiN陶瓷相的含量＜C中TiN陶瓷相的含量。

在本发明中，外侧层A采用高抗氧化的TiN-Ni粉体，中间层B可以采用低膨胀系数的TiN-Ni粉体，或者外侧层C采用更低膨胀系数的TiN-Ni粉体，以此调控整体材料的热膨胀系数，降低热应力产生的裂纹，提高力学性能，并主要改善材料两端的性能，使得材料能够适应于气氛不对称的工作环境中。

又，较佳的，所述A中TiN陶瓷相的含量为35～45wt％，所述B中TiN陶瓷相的含量为45～55wt％，所述C中TiN陶瓷相的含量为55～65wt％。