專利名稱：一種TiAl基合金板材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金板材的制備方法。
背景技術(shù)：
TiAl基合金是一種新型輕質(zhì)耐熱結(jié)構(gòu)材料，比重不到鎳基合金的50%，具有輕質(zhì)、高強、耐蝕、耐磨、耐高溫等優(yōu)點，并具有優(yōu)異的常溫和高溫性能，成為全世界范圍內(nèi)航空、航天和軍事領(lǐng)域研究和應(yīng)用的重點材料。經(jīng)過幾十年的努力，目前TiAl基合金已經(jīng)進入實用化發(fā)展階段。其中，對TiAl基合金板材的需求最為迫切。TiAl基合金板材除了有望在航天和軍事領(lǐng)域大量地直接用作結(jié)構(gòu)材料外，還可以用作超塑性成型的預成形材料，制備航空和航天發(fā)動機的零部件以及超高速飛行器的翼和殼體等。然而，由于TiAl基合金具有本質(zhì)脆性，制備TiAl基合金板材的難度很大。常用的方法為鑄錠冶金法與粉末冶金法，再進行高溫精密軋制，方法要求設(shè)備條件極高，且工藝及其復雜，繁瑣。申請?zhí)枮?00910071585. 5的中國專利公開了一種利用純鈦箔和純鋁箔多層軋制復合和熱處理技術(shù)制備TiAl基合金板材的方法，但由于其采用固相擴散方法，因此其制備周期很長達80h，甚至更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的制備TiAl基合金板材的方法生產(chǎn)周期長的技術(shù)問題，而提供一種TiAl基合金板材的制備方法。本發(fā)明的一種TiAl基合金板材的制備方法，是按以下步驟進行的一、將Ti箔和Al箔表面處理后交替疊層放置，并用Ti箔包套，然后放在石墨模具中，再將石墨模具放在真空熱壓燒結(jié)爐中；二、將真空熱壓燒結(jié)爐抽真空至1父10_^1 9\10_^1，然后升溫，當溫度升至400 600°C時施加10 30MPa的壓力壓制0. 5 Ih ;然后卸去壓力至OMPa，繼續(xù)升溫至900 1300°C并保持2 6h ;最后在900 1300°C、壓力為30 50MPa的條件下保持0. 5 Ih,隨爐冷卻后，得到TiAl基合金板材。步驟一所述的表面處理是先用有機溶劑擦洗Ti箔和Al箔表面，再將Ti箔和Al箔分別進行酸洗或堿洗。本發(fā)明的方法將Ti箔和Al箔表面處理后交替疊層后，在400 600°C條件下施加進行預壓，使箔材界面緊密結(jié)合，促進后續(xù)的Ti箔鋁箔間擴散反應(yīng)的順利進行，然后在真空熱壓燒結(jié)爐中升溫至900 1300°C保溫，此時無壓力，防止Al熔化后被擠出，此時Ti箔和Al箔發(fā)生擴散反應(yīng)，保溫結(jié)束后再在900 130(TC條件下加壓處理，使其致密化，從而獲得TiAl基合金板材。本發(fā)明以Ti箔和Al箔為原料，通過交替疊層真空熱壓固液熱處理來制備TiAl基合金板材。其特點為1、利用Al熔點以下加壓方式使得Ti箔與Al箔界面緊密結(jié)合，有利于下一步的Ti箔和Al箔固液反應(yīng)制備TiAl板材，反應(yīng)時間快，使制備時間縮短。2、在高溫下短時間內(nèi)固液熱處理制備出TiAl合金板材，比傳統(tǒng)的制備TiAl基合金板材的方法更加經(jīng)濟，利于工業(yè)化。3、板材制備與成型一步完成，優(yōu)化工藝步驟。本發(fā)明制備過程無污染，材料致密，生產(chǎn)工藝簡單易行，成本低。本發(fā)明板材的厚度可以方便的通過調(diào)整Ti箔和Al箔交替疊層的數(shù)目或者原材料本身的厚度而得到不同厚度的TiAl基合金板材。


圖I是試驗一制備的TiAl基合金板材的掃描電鏡照片；圖2是試驗二制備的TiAl基合金板材的掃描電鏡照片；圖3是試驗三制備的TiAl基合金板材的背散射照片。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的一種TiAl基合金板材的制備方法，是按以下步驟進行的一、將Ti箔和Al箔表面處理后交替疊層放置，并用Ti箔包套，然后放在石墨模具中，再將石墨模具放在真空熱壓燒結(jié)爐中；二、將真空熱壓燒結(jié)爐抽真空至1父10_^1 9\10-^1，然后升溫，當溫度升至400 600°C時施加10 30MPa的壓力壓制0. 5 Ih ;然后卸去壓力至OMPa，繼續(xù)升溫至900 1300°C并保持2 6h ;最后在900 1300°C、壓力為30 50MPa的條件下保持0. 5 Ih,隨爐冷卻后，得到TiAl基合金板材。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一的Ti箔的厚度為50 200iim。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一的Al箔的厚度為50 200 iim。其它與具體實施方式
一或二相同。
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表面處理是將Ti箔和Al箔先用有機溶劑擦洗表面，再將Ti箔進行酸洗，將Al箔進行堿洗。其它與具體實施方式
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
四不同的是表面處理所用的有機溶劑為丙酮、乙醇或甲醇。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四不同的是表面處理的酸洗是將Ti箔浸入質(zhì)量濃度為5% 10%的HF水溶液中浸泡10 30s，然后用清水洗凈，吹干。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四不同的是表面處理的堿是將Al箔浸入質(zhì)量濃度為5% 20%的NaOH水溶液中浸泡10 30s，然后用清水洗凈，吹干。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中的交替疊層的總層數(shù)為11 31層。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟一中用Ti箔包套后，在Ti箔外表面涂抹一層BN或Y2O3,防止試樣與石墨模具發(fā)生反應(yīng)污染試樣。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
用以下試驗驗證本發(fā)明的有益效果試驗一本試驗一的一種TiAl基合金板材的制備方法，是按以下步驟進行的一、將11層厚度為50 ii m的Ti箔和10層厚度為50 y m的Al箔表面處理后交替疊層放置，并用一層厚度為100 i! m的Ti箔包裹起來，并在包裹的Ti箔外表面涂一層BN，然后放在石墨模具中，將石墨模具放在真空熱壓燒結(jié)爐中；二、將真空熱壓燒結(jié)爐抽真空至1父10_^1 9\10_^1，然后升溫，當溫度升至500°C時施加30MPa的壓力壓制0. 5h ;然后卸去壓力至OMPa，繼續(xù)升溫至1200°C并保持3h ；最后在溫度為1200°C、壓力為40MPa的條件下保持lh，隨爐冷卻后，得到TiAl基合金板材。其中表面處理過程為將Ti箔和Al箔先用丙酮擦洗表面，去除油污，然后將Ti箔浸入質(zhì)量濃度為5%的HF水溶液中浸泡15s，然后用清水洗凈，吹干箔浸入質(zhì)量濃度為10%的NaOH水溶液中浸泡20s，然后用清水洗凈，吹干，完成表面處理。本試驗得到的TiAl基合金板材橫截面的掃描電鏡照片如圖I所示，從圖中可以看出，Ti箔與Al箔已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化為致密的TiAl板材。試驗二 本試驗二的一種TiAl基合金板材的制備方法，是按以下步驟進行的一、將6層厚度為100 ii m的Ti箔和5層厚度為50 y m的Al箔表面處理后交替疊層放置，并用一層厚度為100 i! m的Ti箔包套，并在包套的Ti箔外表面涂一層BN，然后放在石墨模具中，將石墨模具放在真空熱壓燒結(jié)爐中；二、將真空熱壓燒結(jié)爐抽真空至3X 10_3Pa，然后升溫，當溫度升至500°C時施加30MPa的壓力壓制Ih ;然后卸去壓力至OMPa，繼續(xù)升溫至1300°C并保持5h ;最后在溫度為1300°C、壓力為30MPa的條件下保持lh，隨爐冷卻后，得到TiAl基合金板材。其中表面處理過程為將Ti箔和Al箔先用丙酮擦洗表面，去除油污，然后將Ti箔浸入質(zhì)量濃度為5%的HF水溶液中浸泡15s，然后用清水洗凈，吹干箔浸入質(zhì)量濃度為10%的NaOH水溶液中浸泡20s，然后用清水洗凈，吹干，完成表面處理。本試驗得到的TiAl基合金板材橫截面的掃描電鏡照片如圖2所示，從圖2中可以看出，Ti箔與Al箔已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化為致密的TiAl板材。圖2中“十”字所在位置的元素能譜分析得出各元素組成如表I所示表I元素組成
權(quán)利要求
1.一種TiAl基合金板材的制備方法,其特征在于TiAl基合金板材的制備方法是按以下步驟進行的 一、將Ti箔和Al箔表面處理后交替疊層放置，并用Ti箔包套，然后放在石墨模具中，再將石墨模具放在真空熱壓燒結(jié)爐中； 二、將真空熱壓燒結(jié)爐抽真空至IX 10_3Pa 9 X 10 ,然后升溫，當溫度升至400 600°C時施加10 30MPa的壓力壓制O. 5 Ih ;然后卸去壓力至OMPa，繼續(xù)升溫至900 1300°C并保持2 6h ;最后在900 1300°C、壓力為30 50MPa的條件下保持O. 5 lh，隨爐冷卻后，得到TiAl基合金板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種TiAl基合金板材的制備方法，其特征在于步驟一的Ti箔的厚度為50 200 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種TiAl基合金板材的制備方法，其特征在于步驟一的Al箔的厚度為50 200 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種TiAl基合金板材的制備方法，其特征在于步驟一所述的表面處理是將Ti箔和Al箔先用有機溶劑擦洗表面，再將Ti箔進行酸洗，將Al箔進行堿洗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiAl基合金板材的制備方法,其特征在于表面處理所用的有機溶劑為丙酮、乙醇或甲醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiAl基合金板材的制備方法，其特征在于表面處理的酸洗是將Ti箔浸入質(zhì)量濃度為5% 10%的HF水溶液中浸泡10 30s，然后用清水洗凈，吹干。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiAl基合金板材的制備方法,其特征在于表面處理的堿是將Al箔浸入質(zhì)量濃度為5% 20%的NaOH水溶液中浸泡10 30s，然后用清水洗凈，吹干。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種TiAl基合金板材的制備方法，其特征在于步驟一中的交替疊層的總層數(shù)為11 31層。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種TiAl基合金板材的制備方法，其特征在于步驟一中用Ti箔包套后，在Ti箔外表面涂抹一層BN或Y2O3。
全文摘要
一種TiAl基合金板材的制備方法，本發(fā)明涉及合金板材的制備方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的制備TiAl基合金板材的方法的生產(chǎn)周期長的技術(shù)問題，本方法一、將Ti箔和Al箔表面處理后交替疊層放置，并用Ti箔包套，然后放在石墨模具中，再將石墨模具放在真空熱壓燒結(jié)爐中；二、將真空熱壓燒結(jié)爐抽真空后，然后升溫至400～600℃時施加10～30MPa的壓力壓制0.5～1h；然后卸壓至0MPa，繼續(xù)升溫至900～1300℃并保持2～6h；最后在900～1300℃、壓力為30～50MPa的條件下保持0.5～1h，冷卻后，得到TiAl基合金板材。本方法Ti箔和Al箔發(fā)生固液反應(yīng)，縮短了制備周期。用于制備合金板材。
文檔編號B21B47/00GK102626713SQ20121009754
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者吳昊, 李愛濱, 王桂松, 耿林, 范國華, 逄錦程, 鄭鎮(zhèn)洙 申請人:哈爾濱工業(yè)大學