[发明专利]一种Ti3

说明书

本发明公开了一种Ti₃Al层状复合板，Ti₃Al层状复合薄板包括，Ti₃Al基体呈现细晶粒和粗晶粒交替排列的层状分布特征，原位自生的Ti₅Si₃颗粒增强体也呈现层状分布特征，所述Ti₅Si₃颗粒增强体在层状复合板中的体积分数为2.4％～9.6％，本发明还公开了一种Ti₃Al层状复合板的制备方法，该方法包括：一、将TC4合金箔和Al‑Si合金箔进行表面预处理；二、将TC4合金箔和Al‑Si合金箔交替堆叠排列进行热压连接；三、将多层复合板进行低温反应退火；四、将多层复合板继续进行高温反应退火。本发明实现了高性能Ti₃Al层状复合薄板的可控制备，Ti₃Al层状复合薄板展现出优良的强度和塑性匹配。

技术领域

本发明属于合金材料制备及利用领域，具体涉及一种Ti₃Al层状复合板及其制备方法。

背景技术

Ti₃Al合金具有密度低、比模量及比强度高和良好的抗蠕变能力等优点，被认为是一种在航空航天等领域中具有潜在应用前景的轻质高温结构材料。然而Ti₃Al合金室温塑性差导致应用广泛的板材成形制备困难。此外，Ti₃Al合金高温强度不足的问题也严重阻碍了它的工业化应用。如何提高Ti₃Al的高温性能的同时实现薄板成形制备仍然是技术难题，也是Ti₃Al实用化的关键。近年来，国内外研究学者通过复合化的方式在Ti₃Al合金引入增强体一定程度上提高了Ti₃Al合金的高温力学性能。此外，大量研究表明金属结构材料的组织构型设计(梯度、层状、网状等)可以有效地提高材料的综合力学性能，也为脆性材料的设计提供了参考和借鉴。因此，将复合化、组织构型设计和制备工艺相结合，使高性能Ti₃Al复合薄板的成形制备成为可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ti₃Al层状复合薄板及其制备方法，解决Ti₃Al薄板成形制备困难和高温强度不足的问题。

本发明采取的技术方案是：

一种Ti₃Al层状复合板，其中，Ti₃Al基体由细晶粒和粗晶粒呈层状交替排列分布，原位自生的Ti₅Si₃颗粒增强体也呈层状分布，所述Ti₅Si₃颗粒增强体在层状复合板中的体积分数为2.4％～9.6％。

一种Ti₃Al层状复合薄板的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将TC4合金箔和Si含量为2～8wt.％的Al-Si合金箔分别在HF溶液和NaOH溶液中清洗，得到厚度分别为70～95μm的TC4合金箔和20～40μm的Al-Si合金箔，然后分别在无水乙醇中超声清洗2～5min并吹干；调整成上述厚度，可以缩短反应退火时间，简化制备流程，有利于细化Ti₃Al层状复合薄板的晶粒尺寸提高力学性能。

步骤二、取步骤一得到的TC4合金箔15～20层和Al-Si合金箔14～19层，并将两种合金箔交替叠层排列，然后放置于真空热压炉中，在10^-3～10^-1Pa真空条件和510～550℃的温度下，施加压力为35～50MPa，保压处理1～2h；该参数使得TC4合金箔和Al-Si合金箔之间的热压结合更加紧密。

步骤三、将步骤二得到的多层复合薄板在10^-3～10^-1Pa的真空条件下，温度为600～680℃的无压条件下低温反应退火1～5h；TC4合金箔和Al-Si合金箔之间通过固液反应，大大缩短反应退火时间，同时避免温度过高引起Al液流失导致层状复合薄板的成分偏差。