[发明专利]Ti3Al-TiAl层状复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属层状复合材料的制备方法。

背景技术

TiAl金属间化合物主要包括Ti₃Al，TiAl及TiAl₃三种金属间化合物，其中TiAl₃因为脆性大，还处于理论研究阶段，而Ti₃Al及TiAl在航天航空及汽车工业已经得到了广泛地应用，其中Ti₃Al延性好，强度高，TiAl抗氧化性好，使用温度高，Ti₃Al-TiAl复合材料兼有二者的优点，可以在结构材料应用中发挥更好的作用。

层状材料是受自然界中贝壳结构的启发而设计的一种新型结构材料。把贝壳的结构机制及韧化机理应用于多层复合材料的设计中,其目的是通过叠层来补偿单层材料内在性能的不足,得到强、韧最佳配合的材料。对于多层材料，微观结构是决定其性能的一个重要因素。多层材料性能优越于单体材料的原因是该材料的层间距较小，限制了位错的移动和缺陷的尺寸。目前，金属间化合物多层材料报道则很少。现有多层材料制备方法有多种，常见的等离子喷涂法，物理气相沉积法，磁共溅射法等，但是其制备工艺对设备要求很高，工艺复杂，大大提高了工艺成本。如今需要开发新的层状材料的制备方法来简化工艺流程，降低成本，利于在工业化生产中应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有层状复合材料的制备方法对设备要求高，工艺复杂，成本高的问题，而提供Ti₃Al-TiAl层状复合材料的制备方法。

本发明Ti₃Al-TiAl层状复合材料的制备方法是通过下列步骤实现：

一、将经过表面处理后的Ti箔和Al箔切割成小片，交替叠层放置10～30层,叠放的最上端和最下端皆为涂覆BN或者Y₂O₃的Ti箔，再往交替叠层放置的Ti箔和Al箔外包裹一层涂覆BN的Ti箔，然后放置在石墨模具中，再把石墨模具放入真空热压烧结炉中加热至300～500℃，同时施加10～30MPa压力，保温0.5～1h，得到叠层箔材；

二、卸载步骤一中叠层箔材上的压力，以10℃/min的加热速率将叠层箔材加热到600～800℃，保温2～40h，使Ti箔和Al箔发生扩散反应生成TiAl₃-Ti层状复合材料，然后以10℃/min的加热速率加热到900～1300℃，同时施加10～30MPa的压力，保温2～10h后随炉冷却，退模，即得到Ti₃Al-TiAl层状复合材料；

其中步骤一所述的表面处理是采用丙酮或甲醇擦洗Ti箔和Al箔表面，再分别进行酸洗处理或者碱洗处理；酸洗处理是使用体积浓度为5～10%的HF水溶液酸洗10～30s后用清水洗净，吹干；碱洗处理是使用体积浓度为5～20%的NaOH水溶液碱洗10～30s后用清水洗净，吹干；

步骤一所述的Ti箔和Al箔厚度均为100～300μm；

步骤一所述的包裹一层涂覆BN的Ti箔厚度为100μm。

本发明包含如下优点：

1、采用本发明Ti₃Al-TiAl层状复合材料的制备方法可以一次性完成Ti₃Al-TiAl层状复合材料的制备，生产工艺简单易行，成本低，制备过程使用的真空热压烧结炉为常规设备，因此本发明对设备要求低。

2、本发明Ti₃Al-TiAl层状复合材料的每层金属间化合物厚度可以方便地通过调整Ti箔和Al箔的厚度而得到不同厚度的层状复合材料。

3、本发明制备过程无污染，制备得到的层状复合材料界面结合致密，应用于航天涡轮发动机叶片，机翼和高级轿车发动机的构件上。

附图说明

图1是具体实施方式七制备的Ti₃Al-TiAl层状复合材料的XRD图谱，○表示TiAl，□表示Ti₃Al；

图2是具体实施方式七制备的Ti₃Al-TiAl层状复合材料的扫描电镜照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式Ti₃Al-TiAl层状复合材料的制备方法按下列步骤实现：