Ti₅Si₃颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法

专利名称：Ti₅Si₃颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法
技术领域：
本发明涉及TiAl基复合材料板材的制备方法。
背景技术：
TiAl基合金因为其本身的性能特点而成为未来航天航空领域应用中首选的结构材料。具有比强度高，比刚度高，高温抗氧化性能好的特点，但单纯的TiAl基金属化合物却存在高温强度不足的问题，而加入增强体后制备出复合材料可以有效地解决这一问题。TiAl基板材的制备是其使用的重要突破口之一，但因为TiAl合金具有室温脆性及断裂韧性低的特点导致板材的制备要求条件及其苛刻，而具有弥散增强体的TiAl基复合材料板材制备起来更加困难。Ti5Si3颗粒具有和TiAl基合金相匹配的热膨胀系数，强度高，密度较低的特点，是 理想的增强体材料。目前，在Ti及TiAl基合金中已经有了比较广泛地应用。现有的颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法是基于机械合金化和铸造冶金两种工艺，不仅制备过程复杂，需要诸多后续加工，而且增强体的分布不均匀。

发明内容
本发明是要解决现有的制备颗粒增强TiAl基复合材料板材的方法，制备过程复杂，需要诸多后续加工，及增强体的分布不均匀的技术问题，从而提供Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法。本发明的Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法按以下步骤进行一、将Al-Si合金板材和纯Ti板交替叠层置于真空热压烧结炉中，先将真空热压烧结炉抽真空至真空度为0. OlPa，然后升温至300 500°C，并施加10 30MPa的压力热压0. 5 2h，然后在300 500°C条件下在进行热轧制，制备Al-Si/Ti多层复合板材；二、步骤一制得的多层复合板材置于真空热压烧结炉中，在500°C 700°C条件下热处理5 30h，再在900 1200°C条件下热处理5 40h，即得到Ti5Si3颗粒增强的TiAl基复合材料板材。本发明采用叠轧及热处理法制备的打^“颗粒增强TiAl基复合材料板材，包括以下特点I、采用叠轧及热处理法即可制备出Ti5Si3颗粒增强的TiAl基复合材料板材，因此制备方法简单，无需诸多后续加工。2、通过热处理时在制备TiAl板材的同时得到Ti5Si3增强体颗粒反应生成弥散细小分布的增强相，使组织更加均匀；3、原位自生的Ti5Si3颗粒增强体与基体界面结合良好，且弹性模量较高，有效地增强了 TiAl基体的力学性能；4.原位自生Ti5Si3增强TiAl基复合材料板材可以应用于较TiAl合金更高温度的环境之中，发挥优良的高温性能。


图I是试验一制备Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的扫描电镜图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材 料板材的制备方法是按照以下步骤进行的一、将Al-Si合金板材和纯Ti板交替叠层置于真空热压烧结炉中，先将真空热压烧结炉抽真空至真空度为0. OlPa，然后升温至300 500°C，并施加10 30MPa的压力热压0. 5 2h，然后在300 500°C条件下在进行热轧制，制备Al-Si/Ti多层复合板材；二、步骤一制得的多层复合板材置于真空热压烧结炉中，在500°C 700°C条件下热处理5 30h，再在900 1200°C条件下热处理5 40h，即得到Ti5Si3颗粒增强的TiAl基复合材料板材。本实施方式采用叠轧及热处理法制备的Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材，包括以下特点I、采用叠轧及热处理法即可制备出Ti5Si3颗粒增强的TiAl基复合材料板材，因此制备方法简单，无需诸多后续加工。2、通过热处理时在制备TiAl板材的同时得到Ti5Si3增强体颗粒反应生成弥散细小分布的增强相，使组织更加均匀；3、原位自生的Ti5Si3颗粒增强体与基体界面结合良好，且弹性模量较高，有效地增强了 TiAl基体的力学性能；4.原位自生Ti5Si3增强TiAl基复合材料板材可以应用于较TiAl合金更高温度的环境之中，发挥优良的高温性能。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中Al-Si合金与Ti板交替叠层的叠层数为2n+l层，n为小于200的正整数，最外层均为纯Ti板。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
一或二不同的是步骤一中Al-Si合金与纯Ti板的厚度均不超过1_。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步骤一在热轧制过程中，每次压下量为10% 30%。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
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一温度为500°C，施加压力为30MPa。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二多层复合板材在600°C条件下热处理5 20h，再在1200°C条件下热处理5 30h。其它与具体实施方式
一至五之一相同。通过以下试验验证本发明的效果试验一本试验的Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材制备方法是按以下方法实现一、将100张厚度为Imm的Al_Si24合金板材和101张厚度为Imm的纯Ti板交替叠层置于真空热压烧结炉中，先将真空热压烧结炉抽真空至真空度为0. OlPa，然后升温至500°C，并施加30MPa的压力热压2h，然后在500°C条件下进行热轧制，每次压下量为20%，制备Al-Si/Ti多层复合板材； 二、步骤一制得的多层复合板材置于热压烧结炉中，在600 V条件下热处理20h，再在1200°C条件下热处理30h，即得到Ti5Si3颗粒增强的TiAl基复合材料板材。本试验一制备的Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材只采用叠轧及热处理法即可，说明制备方法简单且无需诸多后续加工。 本试验一制备的Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的扫描电镜图如图I所示，从图I可以看出图中白亮部分为Ti5Si3颗粒，灰色部分为TiAl基体，说明Ti5Si3颗粒弥散的分布于TiAl板材中，且分布均匀。
权利要求
1.Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法是按以下步骤进行 一、将Al-Si合金板材和纯Ti板交替叠层置于真空热压烧结炉中，先将真空热压烧结炉抽真空至真空度为0. OlPa，然后升温至300 500°C，并施加10 30MPa的压力热压0. 5 2h，然后在300 500°C条件下在进行热轧制，制备Al-Si/Ti多层复合板材； 二、步骤一制得的多层复合板材置于真空热压烧结炉中，在500°C 700°C条件下热处理5 30h，再在900 1200°C条件下热处理5 40h，即得到Ti5Si3颗粒增强的TiAl基复合材料板材。
2.根据权利要求I所述的Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤一 Al-Si合金与纯Ti板交替叠层的叠层数为2n+l层，n为小于200的正整数，最外层均为纯Ti板。
3.根据权利要求I所述的Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤一中Al-Si合金与纯Ti板的厚度均不超过1_。
4.根据权利要求I所述的Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法，其特征在于步骤一中在热轧制过程中，每次压下量为10% 30%。
全文摘要
Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材的制备方法，它涉及TiAl基复合材料板材的制备方法。本发明是要解决现有的制备颗粒增强TiAl基复合材料板材的方法，制备过程复杂，需要诸多后续加工，及增强体的分布不均匀的技术问题。本发明的制备方法按以下步骤进行将Al-Si合金板材与Ti板材交替叠层后通过轧制制备出多层复合板材，并通过热处理制备Ti5Si3颗粒增强TiAl基复合材料板材。本发明制备的TiAl基复合材料板材组织均匀，增强体颗粒细小弥散，可作为结构材料用于航天航空领域。
文档编号B22F7/04GK102744409SQ201210259740
公开日2012年10月24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, 李爱斌, 耿林, 范国华, 逄锦程, 郑镇洙 申请人:哈尔滨工业大学