专利名称：一种TiAl基层状复合材料板的制备方法
技术领域：
本发明涉及TiAl复合材料板的制备方法。
背景技术：
TiAl基合金 是ー种新型轻质耐热结构材料，比重不到镍基合金的50%，具有轻质、高强、耐蚀、耐磨、耐高温等优点，并具有优异的常温和高温性能，成为全世界范围内航空、航天和军事领域研究和应用的重点材料。经过几十年的努力，目前TiAl基合金已经进入实用化发展阶段。其中，对TiAl基合金板材的需求最为迫切。TiAl基合金板材的制备是TiAl基合金实用化研究中最为重要的课题之一。然而，由于TiAl基合金具有本质脆性，制备TiAl基合金板材的难度很大。另外，TiAl基合金较低的室温強度、塑性和韧性，也限制了它的实际应用。近几年发展起来的利用纯钛板和纯铝板多层交替轧制和热处理技术制备TiAl基合金材料板的方法，为TiAl基合金的制备和应用开辟了新的途径。但是采用多层轧制和热处理技术制备的TiAl基合金多层板目前存在以下问题1、由于纯钛和纯铝板塑性变形抗力相差很大，在多层复合板轧制过程中钛板和铝板变形不协调，使得到的TiAl基合金板材的组织均匀性差。2、采用钛板和铝板为原材料，制备的TiAl基合金板材组织致密性差，存在严重的内氧化现象。
发明内容
本发明是要解决现有的TiAl基材料的组织致密性差，组织均匀性差的问题，而提供的ー种TiAl基层状复合材料板的制备方法。本发明涉及的ー种TiAl基层状复合材料板的制备方法按以下步骤进行一、将增强体与Ti粉在球料质量比为5 1，转速为180 200rmp的条件下球磨7 10h，得到混合粉末，其中增强体为TiB2，增强体占混合粉末质量的3% 5% ;ニ、将步骤一得到的混合粉末加入到模具中，再将模具放在热压炉中，在温度为1200 1300°C，压カ为25 30MPa的条件下热压I I. 5h，得到热压锭；将热压锭线切割成板材，再表面预处理后，得到TiB/Ti复合板；三、将Al板经过表面预处理后，与步骤ニ得到的TiB/Ti复合板交替叠层放置在热压炉中，先在温度为515 520°C，压カ为25 35MPa的条件下预压I. 5 2h，再将压カ降至OMPa，升温至660°C 670°C并保持2 3h，接着升温至800°C保持2 3h，再升温至1200°C保持3 6h，最后降温至1000 1100°C，同时施加压カ至25 35MPa，保持30 50min，得到TiAl基层状复合材料板。预处理的具体步骤为首先在IOvol. % HF溶液中清洗并减薄到设计厚度，然后将表面打磨，去除刀痕和被腐蚀层。Al板用600目或800目的砂纸打磨，然后用IOwt. % NaOH碱洗本发明用加入非连续陶瓷的复合强韧化法和微叠层法在真空热压炉中进行三步热处理而得到的TiAl基层状复合材料板，可以方便地通过调整Ti基复合材料板和Al板交替叠层的数目或者材料本身的厚度而得到不同厚度比的TiAl基层状板材，由于Ti板的厚度比Al板厚的多，可使得最終得到的板材中留有ー层TiB/Ti基复合材料层，以增加TiAl基复合材料在室温下的強度、塑性和韧性，本发明制备过程不采用轧制，提高了 TiAl基层状复合材料板组织均匀性；而且エ艺简单，周期短，材料无污染，本发明方法制备出的TiAl基层状复合材料板与现有方法制备出的TiAl基层状复合材料板组织致密性提高了 10% 20%，有效的抑制了内氧化现象。制备出的TiAl基层状复合材料板不需要进ー步处理可直接使用，Al在液态下反应在短时间内制备出TiAl合金板材，比现有的制备TiAl基合金板材的方法更加经济，利于エ业化。
图I为实施例I中步骤一所制备出的TiB/Ti基复合材料的扫描电镜图；图2为实施例I制得的具有层状结构的TiAl基复合材料板截面的扫描电镜图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的ー种TiAl基层状复合材料板的制备方法按以下步骤进行一、将增强体与Ti粉在球料质量比为5 1，转速为180 200rmp的条件下球磨7 10h，得到混合粉末，其中增强体为TiB2，增强体占混合粉末质量的3% 5% ;ニ、将步骤一得到的混合粉末加入到模具中，再将模具放在热压炉中，在温度为1200 1300°C，压カ为25 30MPa的条件下热压I I. 5h，得到热压锭；将热压锭线切割成板材，再表面预处理后，得到TiB/Ti复合板；三、将Al板经过表面预处理后，与步骤ニ得到的TiB/Ti复合板交替叠层放置在热压炉中，先在温度为515 520°C，压カ为25 35MPa的条件下预压I. 5 2h，再将压カ降至OMPa，升温至660°C 670°C并保持2 3h，接着升温至800°C保持2 3h，再升温至1200°C保持3 6h，最后降温至1000 1100°C，同时施加压カ至25 35MPa，保持30 50min，得到TiAl基层状复合材料板。本实施方式用加入非连续陶瓷的复合强韧化法和微叠层法在真空热压炉中进行三步热处理而得到的TiAl基层状复合材料板，可以方便地通过调整Ti基复合材料板和Al板交替叠层的数目或者材料本身的厚度而得到不同厚度比的TiAl基层状板材，由于Ti板的厚度比Al板厚的多，可使得最終得到的板材中留有ー层TiB/Ti基复合材料层，以增加TiAl基复合材料在室温下的強度、塑性和韧性，本实施方式制备过程不采用轧制，提高了TiAl基层状复合材料板组织均匀性；而且エ艺简单，周期短，材料无污染，TiAl基层状复合材料板组织致密性提高了 10% 20%，制备出的TiAl基层状复合材料板不需要进ー步处理可直接使用，Al在液态下反应在短时间内制备出TiAl合金板材，比现有的制备TiAl基合金板材的方法更加经济，利于エ业化。具体实施方式
ニ 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤ニ中所述的表面预处理为在10vol. % HF溶液中清洗并减薄到设计厚度，然后将表面打磨，去除刀痕和被腐蚀层，其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或ニ不同的是步骤三中所述的Al板的表面预处理为A1板用600目或800目的砂纸打磨，然后用IOwt. % NaOH碱洗，其它与具体实施方式
一或二相同。具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是骤三中Al板的厚度为0.1_，其它与具体实施方式
一至三之相同。具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤三中TiB/Ti复合板的厚度为O. 3 O. 6mm，其它与具体实施方式
一至四之一相同。具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤三中Al板与TiB/Ti复合板交替叠层放置时，最上端和最下端为TiB/Ti复合板，其它与具体实施方式
一至五之一相同O具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤三中Al板与TiB/Ti复合板交替叠层放置吋，Al板的层数为5层，TiB/Ti复合板层数为6层，其它与具体实施方式
一至六之一相同。通过以下试验验证本发明的有益效果实施例I :本实施例的ー种TiAl基层状复合材料板的制备方法按以下步骤进行一、将增强体与Ti粉在球料质量比为5 1，转速为200rmp的条件下球磨8h，得到混合粉末，其中增强体为TiB2，增强体占混合粉末质量的3ニ、将步骤一得到的混合粉末加入到模具中，再将模具放在热压炉中，在温度为1200°C、压カ为25MPa的条件下热压lh，得到热压锭，将热压锭线切割成板材，再表面预处理后，得到TiB/Ti复合板；三、将Al板经过表面预处理后，与步骤ニ得到的TiB/Ti复合板交替叠层放置在热压炉中，先在温度为515°C，压カ为30MPa的条件下预压I. 5h ;再将压カ降至OMPa，升温至670°C并保持2h，接着升温至800°C保持3h，再升温至1200°C保持6h，最后降温至1100°C，同时施加压カ至35MPa，保持30min，得到TiAl基层状复合材料板。本试验经步骤ー制得的TiB/Ti复合材料的扫描电镜图I所示，从图I可以看出TiB晶须均匀的分布在大尺寸的Ti颗粒周围，形成准连续分布的网状结构，增强了材料的強度。本试验制得的TiAl基层状复合材料板的横截面的扫描电镜图如图2所示，从图2可以看出灰白色层(TiB/Ti层)均匀分布在Ti层板材，不仅解决了 TiB富集使组织不均匀的问题；同时也避免了由于TiB晶须聚集而形成疏松的脆性层，一定程度上也提高了材料的致密性。
权利要求
1.一种TiAl基层状复合材料板的制备方法，其特征在于TiAl基层状复合材料板的制备方法按以下步骤进行 一、将增强体与Ti粉在球料质量比为5 1，转速为180 200rmp的条件下球磨7 10h，得到混合粉末，其中增强体为TiB2，增强体占混合粉末质量的3% 5% ； 二、将步骤一得到的混合粉末加入到模具中，再将模具放在热压炉中，在温度为1200 1300°C，压力为25 30MPa的条件下热压I I. 5h，得到热压锭，将热压锭线切割成板材，再表面预处理后，得到TiB/Ti复合板； 三、将Al板经过表面预处理后，与步骤二得到的TiB/Ti复合板交替叠层放置在热压炉中，先在温度为515 520°C，压力为25 35MPa的条件下预压I. 5 2h，再将压力降至OMPa,升温至660°C 670°C并保持2 3h，接着升温至800°C保持2 3h，再升温至1200°C保持3 6h，最后降温至1000 1100°C，同时施加压力至25 35MPa，保持30 50min，得到TiAl基层状复合材料板。
2.如权利要求I所述TiAl基层状复合材料板的制备方法，其特征在于步骤二中所述的表面预处理为在10vol. % HF溶液中清洗并减薄到设计厚度，然后将表面打磨，去除刀痕和被腐蚀层。
3.如权利要求I或2所述TiAl基层状复合材料板的制备方法，其特征在于步骤三中所述的Al板的表面预处理为A1板用600目或800目的砂纸打磨，然后用IOwt. % NaOH碱洗。
4.如权利要求I所述TiAl基层状复合材料板的制备方法，其特征在于步骤三中Al板的厚度为0. 1mm。
5.如权利要求I所述TiAl基层状复合材料板的制备方法，其特征在于步骤三中TiB/Ti复合板的厚度为0. 3 0. 6mm。
6.如权利要求I所述TiAl基层状复合材料板的制备方法，其特征在于步骤三中Al板与TiB/Ti复合板交替叠层放置时，最上端和最下端为TiB/Ti复合板。
7.如权利要求I所述TiAl基层状复合材料板的制备方法，其特征在于步骤三中Al板与TiB/Ti复合板交替叠层放置时，Al板的层数为5层，TiB/Ti复合板层数为6层。
全文摘要
一种TiAl基层状复合材料板的制备方法，它涉及TiAl复合材料板的制备方法。它解决了现有的TiAl基材料的组织致密性差，组织均匀性差的问题。方法将增强体与Ti粉进行球磨混粉，热压烧结后线切割，表面预处理制得增强体准连续分布的TiB/Ti复合板；然后将TiB/Ti复合板和纯Al板表面处理后交替叠层热压；之后通过热处理，使Ti板和Al板进行扩散反应，即TiAl基层状复合材料板。本发明的TiAl基层状复合材料板可用作制备航空或航天发动机的零部件或超高速飞行器的翼或壳体以及超塑性成型的预成形材料。
文档编号B32B15/20GK102729575SQ201210259750
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者崔喜平, 张 杰, 耿林, 范国华, 逄锦程, 黄明起 申请人:哈尔滨工业大学