專利名稱：Ti₃Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬層狀復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
TiAl金屬間化合物主要包括Ti3Al, TiAl及TiAl3三種金屬間化合物，其中TiAl3因為脆性大，還處于理論研究階段，而Ti3Al及TiAl在航天航空及汽車エ業(yè)已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用，其中Ti3Al延性好，強度高，TiAl抗氧化性好，使用溫度高，Ti3Al-TiAl復(fù)合材料兼有二者的優(yōu)點，可以在結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用中發(fā)揮更好的作用。層狀材料是受自然界中貝殼結(jié)構(gòu)的啟發(fā)而設(shè)計的ー種新型結(jié)構(gòu)材料。把貝殼的結(jié)構(gòu)機制及韌化機理應(yīng)用于多層復(fù)合材料的設(shè)計中，其目的是通過疊層來補償單層材料內(nèi) 在性能的不足，得到強、韌最佳配合的材料。對于多層材料，微觀結(jié)構(gòu)是決定其性能的ー個重要因素。多層材料性能優(yōu)越于単體材料的原因是該材料的層間距較小，限制了位錯的移動和缺陷的尺寸。目前，金屬間化合物多層材料報道則很少?，F(xiàn)有多層材料制備方法有多種，常見的等離子噴涂法，物理氣相沉積法，磁共濺射法等，但是其制備エ藝對設(shè)備要求很高，エ藝復(fù)雜，大大提高了エ藝成本。如今需要開發(fā)新的層狀材料的制備方法來簡化工藝流程，降低成本，利于在エ業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有層狀復(fù)合材料的制備方法對設(shè)備要求高，エ藝復(fù)雜，成本高的問題，而提供Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法是通過下列步驟實現(xiàn)一、將經(jīng)過表面處理后的Ti箔和Al箔切割成小片，交替疊層放置10 30層，疊放的最上端和最下端皆為涂覆BN或者Y2O3的Ti箔，再往交替疊層放置的Ti箔和Al箔外包裹ー層涂覆BN的Ti箔，然后放置在石墨模具中，再把石墨模具放入真空熱壓燒結(jié)爐中加熱至300 500°C，同時施加10 30MPa壓力，保溫O. 5 lh，得到疊層箔材；ニ、卸載步驟一中疊層箔材上的壓力，以10°C /min的加熱速率將疊層箔材加熱到600 800°C，保溫2 40h，使Ti箔和Al箔發(fā)生擴散反應(yīng)生成TiAl3-Ti層狀復(fù)合材料，然后以10°C /min的加熱速率加熱到900 1300°C，同時施加10 30MPa的壓力，保溫2 IOh后隨爐冷卻，退摸，即得到Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料；其中步驟一所述的表面處理是采用丙酮或甲醇擦洗Ti箔和Al箔表面，再分別進行酸洗處理或者堿洗處理；酸洗處理是使用體積濃度為5 10%的HF水溶液酸洗10 30s后用清水洗浄，吹干；堿洗處理是使用體積濃度為5 20%的NaOH水溶液堿洗10 30s后用清水洗浄，吹干；步驟一所述的Ti箔和Al箔厚度均為100 300 μ m ;步驟一所述的包裹ー層涂覆BN的Ti箔厚度為100 μ m。本發(fā)明包含如下優(yōu)點
I、采用本發(fā)明Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法可以一次性完成Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備，生產(chǎn)エ藝簡單易行，成本低，制備過程使用的真空熱壓燒結(jié)爐為常規(guī)設(shè)備，因此本發(fā)明對設(shè)備要求低。2、本發(fā)明Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的每層金屬間化合物厚度可以方便地通過調(diào)整Ti箔和Al箔的厚度而得到不同厚度的層狀復(fù)合材料。
3、本發(fā)明制備過程無污染，制備得到的層狀復(fù)合材料界面結(jié)合致密，應(yīng)用于航天渦輪發(fā)動機葉片，機翼和高級轎車發(fā)動機的構(gòu)件上。


圖I是具體實施方式

七制備的Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的XRD圖譜，〇表示TiAl，□表示 Ti3Al ；圖2是具體實施方式

七制備的Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的掃描電鏡照片。
具體實施例方式具體實施方式

一本實施方式Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法按下列步驟實現(xiàn)一、將經(jīng)過表面處理后的Ti箔和Al箔切割成小片，交替疊層放置10 30層，疊放的最上端和最下端皆為涂覆BN或者Y2O3的Ti箔，再往交替疊層放置的Ti箔和Al箔外包裹ー層涂覆BN的Ti箔，然后放置在石墨模具中，再把石墨模具放入真空熱壓燒結(jié)爐中加熱至300 500°C，同時施加10 30MPa壓カ，保溫O. 5 lh，得到疊層箔材；ニ、卸載步驟一中疊層箔材上的壓力，以10°C /min的加熱速率將疊層箔材加熱到600 800°C，保溫2 40h，使Ti箔和Al箔發(fā)生擴散反應(yīng)生成TiAl3-Ti層狀復(fù)合材料，然后以10°C /min的加熱速率加熱到900 1300°C，同時施加10 30MPa的壓力，保溫2 IOh后隨爐冷卻，退摸，即得到Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料；其中步驟一所述的表面處理是采用丙酮或甲醇擦洗Ti箔和Al箔表面，再分別進行酸洗處理或者堿洗處理；酸洗處理是使用體積濃度為5 10%的HF水溶液酸洗10 30s后用清水洗浄，吹干；堿洗處理是使用體積濃度為5 20%的NaOH水溶液堿洗10 30s后用清水洗浄，吹干；步驟一所述的Ti箔和Al箔厚度均為100 300 μ m ;步驟一所述的包裹ー層涂覆BN的Ti箔厚度為100 μ m。本實施方式步驟ー Ti箔和Al箔切割成500mm*500mm的正方形小片。本實施方式步驟ニ中所述卸載步驟一中疊層箔材上的壓力，以10°C /min的加熱速率將疊層箔材加熱到600 800°C，保溫2 40h，這ー過程是對疊層箔材進行退火熱處理。本實施方式步驟ニ中所述以10°C /min的加熱速率加熱到900 1300°C，同時施加10 30MPa的壓力，保溫2 10h，這ー過程是對TiA13_Ti層狀復(fù)合材料進行退火熱處理。具體實施方式

ニ 本實施方式與具體實施方式

一不同的是步驟一放入真空熱壓燒結(jié)爐中加熱至330 450°C，同時施加15 26MPa壓力。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式

一相同。具體實施方式

三本實施方式與具體實施方式

一不同的是步驟一放入真空熱壓燒結(jié)爐中加熱至380°C，同時施加23MPa壓力。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式

一相同。具體實施方式

四本實施方式與具體實施方式

一至三之一不同的是步驟ニ將疊層箔材加熱到650 760°C，保溫10 35h，使Ti箔和Al箔發(fā)生擴散反應(yīng)生成TiAl3-Ti層狀復(fù)合材料，然后以10°C /min的加熱速率加熱到1000 1200°C，同時施加15 25MPa的壓カ，保溫3 8h后隨爐冷卻，退摸。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式

一至三之一相同。具體實施方式

五本實施方式與具體實施方式

一至三之一不同的是步驟ニ將疊層箔材加熱到680°C，保溫20h，使Ti箔和Al箔發(fā)生擴散反應(yīng)生成TiAl3-Ti層狀復(fù)合材料，然后以10°C /min的加熱速率加熱到1100°C，同時施加20MPa的壓力，保溫6h后隨爐冷卻，退摸。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式

一至三之一相同。具體實施方式

六本實施方式Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法按下列步驟實現(xiàn)一、將經(jīng)過表面處理后的Ti箔和Al箔切割成500mm*500mm的正方形小片，交替疊層放置21層，疊放的最上端和最下端皆為涂覆BN的Ti箔，再往交替疊層放置的Ti箔和Al箔外包裹ー層100 μ m厚涂覆BN的Ti箔，然后放置在石墨模具中，再把石墨模具放入真空熱壓燒結(jié)爐中加熱至500°C，同時施加30MPa壓カ，保溫lh，得到疊層箔材；ニ、卸載步驟一中疊層箔材上的壓力，以10°C /min的加熱速率將疊層箔材加熱到800°C，保溫5h，使Ti箔和Al箔發(fā)生擴散反應(yīng)生成TiAl3-Ti層狀復(fù)合材料，然后以10°C /min的加熱速率加熱到1300°C，同時施加30MPa的壓力，保溫6h后隨爐冷卻，退模，即得到Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料；其中步驟一所述的表面處理是采用丙酮擦洗Ti箔和Al箔表面，再對Al箔使用體積濃度為10%的NaOH水溶液堿洗IOs后用清水沖洗2min，吹干；對Ti箔使用體積濃度為5%的HF水溶液酸洗IOs后用清水沖洗2min，吹干；步驟一所述的Ti箔和Al箔厚度均為200 μ m。本實施方式制備的Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的XRD圖譜如圖I所示。本實施方式制備的Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的掃描電鏡照片如圖2所示，可見本實施方式制備的Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的界面結(jié)合致密。權(quán)利要求
1.Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進行一、將經(jīng)過表面處理后的Ti箔和Al箔切割成小片，交替疊層放置10 30層，疊放的最上端和最下端皆為涂覆BN或者Y2O3的Ti箔，再往交替疊層放置的Ti箔和Al箔外包裹ー層涂覆BN的Ti箔，然后放置在石墨模具中，再把石墨模具放入真空熱壓燒結(jié)爐中加熱至300 500°C，同時施加10 30MPa壓力，保溫O. 5 lh，得到疊層箔材； ニ、卸載步驟一中疊層箔材上的壓力，以10°C /min的加熱速率將疊層箔材加熱到600 800°C，保溫2 40h，使Ti箔和Al箔發(fā)生擴散反應(yīng)生成TiAl3-Ti層狀復(fù)合材料，然后以10°C /min的加熱速率加熱到900 1300°C，同時施加10 30MPa的壓力，保溫2 IOh后隨爐冷卻，退摸，即得到Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料； 其中步驟一所述的表面處理是采用丙酮或甲醇擦洗Ti箔和Al箔表面，再分別進行酸洗處理或者堿洗處理；酸洗處理是使用體積濃度為5 10%的HF水溶液酸洗10 30s后用清水洗浄，吹干；堿洗處理是使用體積濃度為5 20%的NaOH水溶液堿洗10 30s后用清水洗浄，吹干； 步驟一所述的Ti箔和Al箔厚度均為100 300 μ m ; 步驟一所述的包裹ー層涂覆BN的Ti箔厚度為100 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一放入真空熱壓燒結(jié)爐中加熱至330 450°C，同時施加15 26MPa壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一放入真空熱壓燒結(jié)爐中加熱至380°C，同時施加23MPa壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟ニ將疊層箔材加熱到650 760°C，保溫10 35h，使Ti箔和Al箔發(fā)生擴散反應(yīng)生成TiAl3-Ti層狀復(fù)合材料，然后以10°C /min的加熱速率加熱到1000 1200°C，同時施加15 25MPa的壓力，保溫3 8h后隨爐冷卻，退模。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟ニ將疊層箔材加熱到680°C，保溫20h，使Ti箔和Al箔發(fā)生擴散反應(yīng)生成TiAl3-Ti層狀復(fù)合材料，然后以10°C /min的加熱速率加熱到1100°C，同時施加20MPa的壓力，保溫6h后隨爐冷卻，退模。
全文摘要
Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料的制備方法，它涉及金屬層狀復(fù)合材料的制備方法。它要解決現(xiàn)有制備方法對設(shè)備要求高，工藝復(fù)雜的問題。本發(fā)明層狀復(fù)合材料的制備方法一、交替疊層放置的Ti箔和Al箔放入真空熱壓燒結(jié)爐中加熱至300～500℃，同時加壓；二、卸載壓力，將疊層箔材再加熱到600～800℃后保溫，然后再加熱到900～1300℃，同時施加10～30MPa的壓力，保溫后隨爐冷卻，退模，即得到Ti3Al-TiAl層狀復(fù)合材料。本發(fā)明可以一次性完成層狀復(fù)合材料的制備，生產(chǎn)工藝簡單易行，對設(shè)備要求低，得到的層狀復(fù)合材料界面結(jié)合致密，應(yīng)用于航天渦輪發(fā)動機葉片，機翼和高級轎車發(fā)動機的構(gòu)件上。
文檔編號B32B37/10GK102744928SQ201210259
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者崔喜平, 張 杰, 李愛斌, 耿林, 范國華, 逄錦程, 鄭鎮(zhèn)洙 申請人:哈爾濱工業(yè)大學