[发明专利]一种钛/铝异种合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及金属加工技术领域，尤其涉及一种钛/铝异种合金材料及其制备方法。所述钛/铝异种合金材料包括依次层叠设置的：1)一层以上钛合金层；2)一层以上交织层；3)一层以上铝合金层；每层所述交织层由选自钛合金、铝合金和过渡材料中的两种以上贴合设置的条状材料交替构成，相邻两个所述条状材料的边缘相互平齐；其中，所述过渡材料选自金属单质和合金材料；在每层所述交织层中，每个所述条状材料的宽度占交织层总宽度的2～7％。本发明提供的钛/铝异种合金材料，可以解决目前钛/铝异种金属接头力学性能差、界面产生大量金属间化合物的问题。

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，尤其涉及一种钛/铝异种合金材料及其制备方法。

背景技术

在航空、航天、汽车等领域，结构轻量化是近年来发展的趋势，对于节能减排和可持续发展具有重要意义。采用高强铝合金替代钛合金，可大大减轻结构重量，但是一些需要承受高温的零部件仍必须采用钛合金或高温合金等制造。钛/铝异种合金材料可以充分发挥两种合金的优势，弥补彼此的缺点，对于节能减排、提升航空航天关键部件性能具有重要意义，应用前景广阔。

近年来，钛/铝异种合金材料的制备主要以激光焊接、电子束焊接、搅拌摩擦焊和电弧增材制造为主，但是金属间化合物的形成和界面应力导致的开裂问题是钛/铝异质材料增材制造/焊接中的普遍性问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

目前，现有技术针对异种金属材料结合的问题主要通过调整能量输入、成分梯度过渡和中间层等方法在一定程度上减少金属间化合物的产生，但目前仍无法避免界面处发生开裂，难以制备大型复杂形状钛/铝异质材料结构件。本发明发现通过控制中间层不同材料的面积比例，保证上下层的钛/铝异种合金材料与中间层存在同种金属的面积接触，能够解决目前钛/铝异种金属接头力学性能差、界面易开裂等问题，同时还可以大大减少钛/铝界面的金属间化合物，具有高度的可调控性。

具体地，本发明提供以下技术方案：

本发明首先提供一种钛/铝异种合金材料，包括依次层叠设置的：1)一层以上钛合金层；2)一层以上交织层；3)一层以上铝合金层；每层所述交织层由选自钛合金、铝合金和过渡材料中的两种以上贴合设置的条状材料交替构成，相邻两个所述条状材料的边缘相互平齐；

其中，所述过渡材料选自金属单质和合金材料；

在每层所述交织层中，每个所述条状材料的宽度占交织层总宽度的2～7％。

本发明发现，当在所述钛合金层和所述铝合金层之间设置上述交织层为中间层时，能够有效减少界面金属间化合物，避免钛/铝异种合金材料制备过程中裂纹的产生。

优选地，所述过渡材料为高熵合金、铜、铌、镍、镍基合金或铜基合金。

优选地，每层所述钛合金层由至少两个贴合设置的条状钛合金材料构成，相邻两个所述条状材料的边缘相互平齐；

每层所述铝合金层由至少两个贴合设置的多个条状铝合金构成，相邻两个所述条状材料的边缘相互平齐；

在所述钛/铝异种合金材料中，任意相邻两层间的条状材料在水平方向上的夹角为30～90°；更优选地，夹角为60～90°时结合效果更好。

本发明中，本领域技术人员能够根据实际方法相应进行设置，比如，使用激光沉积法时，所述夹角为层间沉积方向或打印路径的夹角。

优选地，所述1层以上交织层的总层高0.6～1.2mm，所述1层以上铝合金层的总层高0.8～1.2mm。

优选地，所述交织层和铝合金层的层数比1：2～10。

优选地，所述钛/铝异种合金材料中包括依次层叠设置的：1)1层以上钛合金层；2)1～6层交织层；以及，3)1～20层铝合金层，所述铝合金层层数大于等于交织层层数。