一種互嵌式藕狀復(fù)合材料及其制備加工方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種互嵌式藕狀復(fù)合材料及其制備加工方法。本發(fā)明方法按預(yù)先設(shè)定鑲嵌數(shù)量、排列方式，在母體材料中內(nèi)預(yù)制供塞入鑲嵌材料的孔，通過物理方式塞入鑲嵌材料；并對兩端進(jìn)行真空等離子焊接，形成完整封閉鑲嵌體；對鑲嵌體進(jìn)行熱等靜壓處理，使材料之間相互擴散，形成擴散焊接面；再對擴散焊接后的鑲嵌體進(jìn)行冷、熱加工使其橫截面減少，形成軸向藕節(jié)狀截面。將該藕節(jié)狀鑲嵌體再次充當(dāng)鑲嵌材料，鑲嵌在被鑲嵌材料中，重復(fù)熱等靜壓及必要的冷、熱加工，形成多層互嵌式藕狀復(fù)合材料。本發(fā)明方法加工過程簡單可行，而且可以對嵌套層數(shù)、排列數(shù)量、排列方式進(jìn)行控制，特別適合于規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。
【專利說明】一種互嵌式藕狀復(fù)合材料及其制備加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種互嵌式藕狀復(fù)合材料及其制備加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]形狀記憶合金特別是鈦鎳基形狀記憶合金具有獨特的形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)，成為近年來工程研究、開發(fā)和應(yīng)用的智能材料熱點。其中利用記憶合金功能特性作為增強體復(fù)合在其他結(jié)構(gòu)材料中，使該復(fù)合材料既具有部分功能特性，又能很好滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，成為了新的研究熱點，具有廣泛的工程應(yīng)用前景。
[0003]目前，鈦鎳合金與金屬結(jié)構(gòu)材料的復(fù)合材料制備常用手段有:預(yù)填埋鈦鎳絲澆鑄，鑄造析出共晶相等方法，但是目前這些方法制備工藝有自身的制約:如采用預(yù)填埋鈦鎳絲澆鑄方法時，需要對鈦鎳絲表面進(jìn)行涂層等預(yù)處理，對絲材進(jìn)行固定，澆鑄的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料熔點不能太高等條件制約；采用析出共晶澆鑄復(fù)合法則對成分有很大的限制，目前報道中只有鈮等少數(shù)幾個金屬能滿足澆鑄時出現(xiàn)共晶相，同時無法實現(xiàn)對合金的復(fù)合，而且對共晶相分布、尺寸控制上有極大的難度。因此開發(fā)一種簡潔有效的鈦鎳功能材料和結(jié)構(gòu)金屬材料復(fù)合材料的制備加工工藝，對該類復(fù)合材料的研究和工程應(yīng)用有廣泛的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種互嵌式藕狀復(fù)合材料及其制備加工方法。
[0005]一種雙層互嵌式藕狀復(fù)合材料的制備加工方法，其具體步驟如下:
[0006](I)按預(yù)先設(shè)定鑲嵌數(shù)量、排列方式，在母體材料中內(nèi)預(yù)制供塞入鑲嵌材料的孔；再將配套合適尺寸的鑲嵌材料通過物理方式塞入被鑲嵌的母體材料；兩端進(jìn)行焊接形成母體材料和鑲嵌材料的一個封閉、完整嵌套體；
[0007](2)將步驟(I)所得嵌套體在700?1100°C溫度下、50?300MPa壓力下進(jìn)行熱等靜壓處理；使母體材料與鑲嵌材料相互結(jié)合在一起，并且產(chǎn)生互擴散，形成擴散焊接面；
[0008](3)再對擴散焊接后的嵌套體進(jìn)行冷加工和熱加工使其橫截面積減小，形成軸向藕節(jié)狀截面；最后得到一種雙層互嵌式藕狀復(fù)合材料。
[0009]所述母體材料為鈦鎳功能合金或金屬結(jié)構(gòu)材料。
[0010]所述鑲嵌材料為鈦鎳功能合金或金屬結(jié)構(gòu)材料。
[0011]一種多層互嵌式藕狀復(fù)合材料的制備加工方法，其具體步驟如下:
[0012](I)按預(yù)先設(shè)定鑲嵌數(shù)量、排列方式，在母體材料中內(nèi)預(yù)制供塞入鑲嵌材料的孔；再將配套合適尺寸的鑲嵌材料通過物理方式塞入被鑲嵌的母體材料；兩端進(jìn)行焊接形成母體材料和鑲嵌材料的一個封閉、完整嵌套體；
[0013](2)將步驟(I)所得嵌套體在700?1100°C溫度下、50?300MPa壓力下進(jìn)行熱等靜壓處理；使母體材料與鑲嵌材料相互結(jié)合在一起，并且產(chǎn)生互擴散，形成擴散焊接面；
[0014](3)再對擴散焊接后的嵌套體進(jìn)行冷加工和熱加工使其橫截面積減小，形成軸向藕節(jié)狀截面；最后得到一種雙層互嵌式藕狀復(fù)合材料。
[0015](4)將得到的雙層互嵌式藕狀復(fù)合材料再次充當(dāng)鑲嵌材料，鑲嵌在母體材料中，重復(fù)熱等靜壓及冷加工、熱加工，形成層狀互嵌式藕狀復(fù)合材料，再根據(jù)需要，將新制得的層狀互嵌式藕狀復(fù)合材料反復(fù)充當(dāng)鑲嵌材料，鑲嵌在母體材料中，重復(fù)熱等靜壓及冷加工、熱加工，最后得到所需層數(shù)的多層互嵌式藕狀復(fù)合材料。
[0016]所述母體材料為鈦鎳功能合金或金屬結(jié)構(gòu)材料。
[0017]一種互嵌式藕狀復(fù)合材料，所述互嵌式藕狀復(fù)合材料是通過上述制備加工方法制備加工得到的，其結(jié)構(gòu)為雙層或多層由外到內(nèi)包覆互嵌式藕狀結(jié)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019]本發(fā)明方法加工過程簡單可行，對嵌套結(jié)構(gòu)材料沒有限制(常見結(jié)構(gòu)材料如鈮、鎢、銅等純金屬，及其常見的合金結(jié)構(gòu)材料)，而且可以對嵌套層數(shù)、排列數(shù)量、排列方式進(jìn)行控制，特別適合于規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為母體材料結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1a為縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖1b為橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為壓力壓制鑲嵌體示意圖；
[0022]圖3為嵌套體熱等靜壓后擴散焊接后橫截面示意圖；
[0023]圖4為多層互嵌式藕狀復(fù)合材料示意圖。

【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明提供了一種互嵌式藕狀復(fù)合材料及其制備加工方法，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0025]實施例1
[0026]1、首先在外徑為30mm，長為10mm的TiNi等原子比的鈦鎳記憶合金棒材上制出7個直徑為6mm的預(yù)制通孔，橫截面上預(yù)制孔呈6邊形，如圖1所示；
[0027]2、將7個過盈配合的外徑為6mm的純銅棒通過油壓機壓入預(yù)制瞳孔內(nèi)(如示意圖2所示)，形成鈦鎳合金-純銅嵌套體；
[0028]3、對鈦鎳合金-純銅嵌套體上下端部通過真空等離子焊接，形成一個封閉、完整嵌套體；
[0029]4、將嵌套體在960°C，50MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓，處理2小時后，鈦鎳合金與純銅產(chǎn)生良好互擴散，形成良好結(jié)合，如圖3所示；
[0030]5、將熱等靜壓后嵌套體在800?850°C進(jìn)行鍛造，道次鍛造變形量為15%?20%，得到外徑為6mm的棒材；再對該棒材進(jìn)行冷拉拔，加工制度為:10%?15%的道次變形量、20%?30%的火次變形量、退火溫度為700°C，退火時間為I小時，最后加工成外徑為2mm的絲材；沿棒材橫截面切開可以發(fā)現(xiàn)棒材截面為鈦鎳合金鑲嵌銅細(xì)絲的藕節(jié)狀低倍組織形貌，鈦鎳和銅界面接觸完整。
[0031]實施例2
[0032]1、首先在外徑為100mm，長為300mm的鈦合金(牌號TC4)棒材上制出均勻分布的8個直徑為1mm的預(yù)制通孔；
[0033]2、將8個過盈配合的外徑為1mm的鈦鎳合金棒通過油壓機壓入預(yù)制瞳孔內(nèi)，形成鈦合金-記憶合金嵌套體；
[0034]3、對鈦合金-鈦鎳嵌套體上下端部通過真空等離子焊接，形成一個封閉、完整嵌套體；
[0035]4、將嵌套體在1000°C，200MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓，處理3小時后，鈦合金與鈦鎳金屬產(chǎn)生良好互擴散，形成良好結(jié)合；
[0036]5、將熱等靜壓后嵌套體在850?90(TC溫度下進(jìn)行鍛造，道次鍛造變形量為20%?25%，得到外徑為20mm的棒材；再以800?850°C、10%?15%道次變形量進(jìn)行旋鍛，將棒材加工至外徑為10.5mm ；
[0037]6、將該棒材機加工至外徑為10mm，充當(dāng)鑲嵌材料，壓入步驟I所述尺寸、以鈦鎳合金為材料的母體材料中，形成新的鑲嵌體；重復(fù)2-5步的工序，可制備出鈦鎳-鈦合金復(fù)合棒材，在橫截面上，該材料呈現(xiàn)兩層次藕節(jié)狀形貌:外層為鈦鎳合金，藕芯處為包含鈦合金為外層的、鈦鎳合金為藕芯的復(fù)合材料。
[0038]實施例3
[0039]1、首先在外徑為50mm，長為10mm的鈦鎳合金棒材上制出特定分布的20個直徑為5mm的預(yù)制通孔；
[0040]2、將20個過盈配合的外徑為5mm的鶴合金棒通過油壓機壓入預(yù)制瞳孔內(nèi)，形成鈦鎳合金-鶴合金嵌套體；
[0041]3、對鈦鎳-鎢合金嵌套體上下端部通過真空等離子焊接，形成一個完整、封閉嵌套體；
[0042]4、將嵌套體在1100°C，300MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓，處理3小時后，鈦鎳合金與鎢合金產(chǎn)生良好互擴散，形成良好結(jié)合；
[0043]5、將熱等靜壓后嵌套體在850?90(TC溫度下進(jìn)行鍛造，道次鍛造變形量為20%?25%，得到外徑為15mm的棒材；再以800?850°C、10%?15%道次變形量進(jìn)行旋鍛，將棒材加工至外徑為10.5mm ；
[0044]6、對該棒材進(jìn)行冷拉拔，加工制度為:10%?15%的道次變形量、20%?30%的火次變形量、退火溫度為700°C，退火時間為I小時，最后加工成外徑為Imm的鈦鎳-鎢合金復(fù)合絲材。
[0045]實施例4
[0046]1、首先在外徑為30mm，長為10mm的純鈮棒材上制出均勻分布的9個直徑為5mm的預(yù)制通孔；
[0047]2、將9個過盈配合的外徑為5_的鈦鎳合金棒通過油壓機壓入預(yù)制瞳孔內(nèi)，形成銀-鈦鎳合金嵌套體；
[0048]3、對鈮-鈦鎳合金嵌套體上下端部通過真空等離子焊接，形成一個完整、封閉嵌套體；
[0049]4、將嵌套體在1100°C，250MPa條件下進(jìn)行熱等靜壓，處理2小時后，鈮與鈦鎳合金產(chǎn)生良好互擴散，形成良好結(jié)合；
[0050]5、將熱等靜壓后嵌套體在700?850°C進(jìn)行旋鍛，道次鍛造變形量為30%?45%，得到外徑為6mm的棒材；
[0051]6、將該棒材機加工至外徑為5mm，充當(dāng)鑲嵌材料，壓入步驟I所述尺寸的以鈦鎳合金為材料的母體材料中，形成新的鑲嵌體，再重復(fù)2-5步工序，可制備出鈮-鈦鎳合金復(fù)合棒材，在橫截面上，該材料呈現(xiàn)兩層次藕節(jié)狀形貌。重復(fù)1-6步工序5次，即可建立5層次的藕節(jié)狀復(fù)合鈦鎳-鈮合金復(fù)合棒材。
[0052]7、對多層次外徑為6mm的復(fù)合鈦鎳-鈮合金復(fù)合棒材以10%?15%的道次變形量、20%?30%的火次變形量、退火溫度為700°C，退火時間為I小時，進(jìn)行拉拔，最后加工成外徑為0.2mm的鈦鎳-鈮合金多層次互嵌式藕狀復(fù)合絲材。
【權(quán)利要求】
1.一種雙層互嵌式藕狀復(fù)合材料的制備加工方法，其特征在于，具體步驟如下: (O按預(yù)先設(shè)定鑲嵌數(shù)量、排列方式，在母體材料中內(nèi)預(yù)制供塞入鑲嵌材料的孔；再將配套合適尺寸的鑲嵌材料通過物理方式塞入被鑲嵌的母體材料；兩端進(jìn)行焊接形成母體材料和鑲嵌材料的一個封閉、完整嵌套體； (2)將步驟(I)所得嵌套體在700?1100°C溫度下、50?300MPa壓力下進(jìn)行熱等靜壓處理；使母體材料與鑲嵌材料相互結(jié)合在一起，并且產(chǎn)生互擴散，形成擴散焊接面； (3)再對擴散焊接后的嵌套體進(jìn)行冷加工和熱加工使其橫截面積減小，形成軸向藕節(jié)狀截面；最后得到一種雙層互嵌式藕狀復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備加工方法，其特征在于:所述母體材料為鈦鎳功能合金或金屬結(jié)構(gòu)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備加工方法，其特征在于:所述鑲嵌材料為鈦鎳功能合金或金屬結(jié)構(gòu)材料。
4.一種多層互嵌式藕狀復(fù)合材料的制備加工方法，其特征在于，具體步驟如下: (O按預(yù)先設(shè)定鑲嵌數(shù)量、排列方式，在母體材料中內(nèi)預(yù)制供塞入鑲嵌材料的孔；再將配套合適尺寸的鑲嵌材料通過物理方式塞入被鑲嵌的母體材料；兩端進(jìn)行焊接形成母體材料和鑲嵌材料的一個封閉、完整嵌套體； (2)將步驟(I)所得嵌套體在700?1100°C溫度下、50?300MPa壓力下進(jìn)行熱等靜壓處理；使母體材料與鑲嵌材料相互結(jié)合在一起，并且產(chǎn)生互擴散，形成擴散焊接面； (3)再對擴散焊接后的嵌套體進(jìn)行冷加工和熱加工使其橫截面積減小，形成軸向藕節(jié)狀截面；最后得到一種雙層互嵌式藕狀復(fù)合材料。 (4)將得到的雙層互嵌式藕狀復(fù)合材料再次充當(dāng)鑲嵌材料，鑲嵌在母體材料中，重復(fù)熱等靜壓及冷加工、熱加工，形成層狀互嵌式藕狀復(fù)合材料，再根據(jù)需要，將新制得的層狀互嵌式藕狀復(fù)合材料反復(fù)充當(dāng)鑲嵌材料，鑲嵌在母體材料中，重復(fù)熱等靜壓及冷加工、熱加工，最后得到所需層數(shù)的多層互嵌式藕狀復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備加工方法，其特征在于:所述母體材料為鈦鎳功能合金或金屬結(jié)構(gòu)材料。
6.一種互嵌式藕狀復(fù)合材料，其特征在于:所述互嵌式藕狀復(fù)合材料是通過權(quán)利要求1?5任意一條權(quán)利要求所述制備加工方法制備加工得到的，其結(jié)構(gòu)為雙層或多層由外到內(nèi)包覆互嵌式藕狀結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】B23P13/00GK104289857SQ201310306545
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】尹向前, 米緒軍, 李艷鋒, 高寶東, 黃國杰, 王建偉, 解浩峰 申請人:北京有色金屬研究總院