[发明专利]一种基于旋压变形的颗粒增强的钛铝复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属复合材料加工技术领域，具体涉及一种基于旋压变形的颗粒增强的钛铝复合材料及其制备方法。

背景技术

钛铝合金密度低、比强度高、比刚度高、耐热性好，具有高的抗高温蠕变性能和抗氧化能力，是综合性能最好的轻质高温合金，在航空航天、武器装备等方面有重要的应用，是轻质合金中的研究重点。

钛铝合金主要可分为3种Ti₃-Al、Ti-Al和Ti-Al₃，其中Ti-Al₃的密度最低，抗高温氧化性能最好，钛铝合金在室温下呈脆性、缺乏足够的延展性，变形加工性、耐磨性能较差，高温抗氧化能力较低，因此开发高强轻质钛铝合金及其制备技术显得十分重要。

颗粒增强铝基复合材料与基体铝合金相比，耐热性提高，具有更高的弹性模量和更低的热膨胀系数，且耐磨损性能提高。中国专利CN 104357695B公开的钛颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，将纳微米级的磷粉、铝粉、铌粉、碘化银、氧化镁、氮化钛和氢氧化铝混合均匀，烘干，经冷压、烧结、冷却得到钛颗粒增强的铝基复合材料，该材料中含有氮化钛颗粒，可明显提高材料的硬度。中国专利CN 103894719B公开的一种连接高体积分数氮化硅颗粒增强铝基复合材料与钛合金的方法，将高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与钛合金的待焊接表面进行预处理，然后以铝基复合材料在下，钛合金在上的形式放入焊接模具中，经热压焊接处理使两者的待焊接表面紧密结合，得到产品。有上述现有技术可知，钛合金添加到铝合金中可以显著提高铝合金的强度，但是通过热熔融或者热压处理方法成本较高，工序较为复杂，且产品的面积受到一定的限制。

爆炸焊接是一种普遍应用的制造异种金属层状材料的工艺技术。中国专利CN101190474B公开的一种铝-钛复合材料的爆炸焊接制造方法，是将纯钛板作为基层，钛板至于钢垫板上，纯铝板或者铝合金板通过支撑物至于钛板之上，炸药布放在铝板上表面，在爆轰方向末端采用不均匀布药方式，使单位面积装药量在爆轰方向末端逐渐降低，从而获得高质量的大面积铝钛复合材料。该方法直接将高强钛合金与铝合金板进行爆炸焊接，由于两者性能差异过大，爆炸结合质量难以满足要求，爆炸产生的应力将很难消除，影响后续使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于旋压变形的颗粒增强的钛铝复合材料及其制备方法，采用钛合金TA18作为钛覆层，铝合金LY12作为铝合金基层，采用爆破焊接方式将钛覆层与铝合金基层结合，然后将颗粒增强体采用旋压变形的方式渗透于钛铝合金形成颗粒增强层，得到颗粒增强的钛铝复合材料。本发明制备的颗粒增强的钛铝复合材料高强轻质，表面不开裂，面积不受限制，综合性能好，可长期使用。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于旋压变形的颗粒增强的钛铝复合材料，所述基于旋压变形的颗粒增强的钛铝复合材料包括铝合金基层、钛覆层和颗粒增强层，所述铝合金基层与钛覆层的厚度为2：1，所述钛覆层为钛合金TA18，厚度为0.65-1.36mm，所述铝合金基层为铝合金LY12，厚度为1.35-2.7mm，所述颗粒增强层包括硅、金刚石、碳化硅、氮化硅的一种或者一种以上的颗粒增强体。

作为上述技术方案的优选，所述铝合金基层与钛覆层采用爆炸焊接的方式形成钛铝合金，所述颗粒增强体采用旋压变形的方式渗透于钛铝合金形成颗粒增强层。

本发明还提供一种基于旋压变形的颗粒增强的钛铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将冷轧钛合金TA18板和铝合金LY12板材作为爆炸焊接初始坯料，TA18板进行真空软化退火，LY12板为退火态，对冷轧钛合金TA18板进行机械打磨处理，对铝合金LY12进行酸洗钝化处理；

(2)将步骤(1)处理好的TA18和LY12板材进行爆炸焊接，所述爆炸焊接采用硝铵混合炸药，其组成为：硝酸铵质量百分比60-80％、TNT质量百分比3-10％、柴油质量百分比1-10％、余量为锯末，炸药的爆速为2000-4000m/s，药高度为15-30mm，安装间隙为1-4mm，间隙支撑物采用纯铝或者纯钛薄片制作；TA18在下，LY12在上，基础炮台为50-100mm厚的钢板，放置在平坦地面，上铺100-300mm厚细纱作为地基，在LY12上表面涂抹2-4mm厚的耐热黄油作为保护层；

(3)将爆炸焊接好的钛铝复合板进行软化退火、冷轧加工、热处理强化、多辊矫平处理，得到钛铝复合材料；