本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种钛铝/镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法。
背景技术：
复合材料可以将两种或多种材料的性能优势有机的结合起来，获得单一材料无法具有的多种性能，用以满足各行各业对于服役材料的力学或其它物理性能要求。复合材料可以分为层状复合材料，颗粒增强复合材料，纤维增强复合材料，其中层状复合材料由于在层与层之间存在较多的界面，使得其具有良好的断裂韧性，当裂纹扩展至界面时，可发生偏转或分叉，使得扩展路径发生增加。这一优点使得层状材料在未来拥有一定的应用前景。
金属间化合物往往具有优异的力学性能及其它物理性能，而其中的铝系金属间化合物较为成熟，由于其密度低，力学性能好，制备工艺相对简单，引起了较为广泛的关注，其中钛铝金属间化合物密度在3.7g/cm3～3.9g/cm3，熔点为1465℃，且在熔点以下晶体结构一直稳定存在。由于钛铝晶胞中的轨道杂化作用使al、ti成键产生极化效应，具有方向性，从而导致了ti和al原子层之间很强的键合力。这种强键合使钛铝系金属间化合物能够在高温下保持较高的比刚度及比强度。与钛铝合金相比，镍铝合金具有更高的熔点，具有更好的抗氧化性能和更好的高温抗腐蚀能力。
钛铝/镍铝金属间化合物层状复合材料可以有效的将二者的优势结合起来，以期获得优良的综合性能。但目前没有公开资料披露相应的技术。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是开发出一种新型的金属间化合物层状复合材料即钛铝/镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法，通过对钛铝及镍铝金属间化合物的复合化，使得材料的综合性能得到提高，进而满足工程结构设计及应用的需要。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种钛铝镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将经过表面处理的钛箔、镍箔和铝箔切成设定形状和尺寸的金属片，交替堆砌叠放至总层数为7～350层,组成三明治状叠层结构，并在最外侧用纯钛箔进行包套；
钛箔、镍箔和铝箔的厚度相同，均为100～500μm；
在三明治状叠层结构最外侧的包套钛箔外表面均匀涂覆阻隔剂，再将其放置于石墨模具中；
将石墨模具置于真空热压烧结设备中，在常温下施加1～3mpa的预紧压力，保压10～30min，控制三明治状叠层结构中的各箔片相互贴合接触；
步骤(2)：卸载步骤(1)中施加在三明治状叠层结构上的压力，以10℃/min的加热速率将三明治状叠层结构中的箔材加热到600～700℃，保温5～50h；
步骤(3)：以10℃/min的加热速率将三明治状叠层结构中箔材的温度加热至900～1300℃，同时施加10～30mpa的压力，保温0.1～2h；
步骤(4)：随炉冷却，退模，得到钛铝、镍铝金属间化合物层状复合材料。
进一步的，如上所述的一种钛铝镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法，步骤(1)中，所述的表面处理是采用丙酮、甲醇中的一种进行擦洗，再分别进行以下两种处理方式之一：酸洗、碱洗；
进行酸洗处理时，使用体积浓度为5～10％的hf水溶液酸洗10～30s后用清水洗净，吹干；
进行碱洗处理时，使用体积浓度为5～20％的naoh水溶液碱洗10～30s后用清水洗净，吹干。
进一步的，如上所述的一种钛铝镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法，步骤(1)中，钛箔、镍箔和铝箔的形状为正方形，尺寸为500×500mm。
进一步的，如上所述的一种钛铝镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法，步骤(1)中，钛箔、镍箔和铝箔的厚度相同，均为100～500μm。
进一步的，如上所述的一种钛铝镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法，步骤(1)中，钛箔、镍箔和铝箔的厚度均为200μm。
进一步的，如上所述的一种钛铝镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法，步骤(1)中，阻隔剂类型为以下两种之一：氮化硼、氧化钇；真空热压烧结设备为以下两种之一：真空热压炉、热等静压炉。
进一步的，如上所述的一种钛铝镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法，步骤(2)中，卸载步骤(1)中施加在叠层箔材上的压力之后，进行以下加热和保温工艺中之一：
(1)以10℃/min的加热速率将叠层箔材加热到700℃，保温10h；
(2)以10℃/min的加热速率将叠层箔材加热到650℃，保温30h；
(3)以10℃/min的加热速率将叠层箔材加热到600℃，保温40h；
步骤(3)中，进行以下加热工艺中的一种：
(1)以10℃/min的加热速率加热到1100℃，同时施加10mpa的压力，保温60min后随炉冷却；
(2)以10℃/min的加热速率加热到1200℃，同时施加10mpa的压力，保温30min后随炉冷却；
(3)以10℃/min的加热速率加热到1300℃，同时施加10mpa的压力，保温10min后随炉冷却。
本发明技术方案的有益效果在于：
1、采用本发明的制备方法可以一次性完成钛铝/镍铝金属间化合物层状复合材料的制备，生产工艺简单易行，制备过程使用的真空热压烧结炉、热等静压炉等均为常规设备，因此本发明对设备要求较低。
2、本发明钛铝/镍铝金属间化合物层状复合材料的单层金属间化合物厚度可以通过调整工业用纯钛箔，镍箔和铝箔的厚度而进行控制，可以针对不同的需求设计得到单层厚度不同的钛铝/镍铝金属间化合物层状复合材料；同时，通过控制初始工业用纯钛箔，镍箔和铝箔裁剪金属片尺寸以及叠层的数量的控制做到形状可控，避免过多的二次加工。
3、通过本发明制备的钛铝/镍铝金属间化合物层状复合材料密度低，强度高，抗氧化性能优良，抗高温腐蚀性能好，可以应用于航天、航空领域或在高级轿车发动机的零部件中使用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明技术方案进行进一步详细说明。
本发明一种钛铝镍铝金属间化合物层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将经过表面处理的钛箔、镍箔和铝箔切成设定形状(在本实施例中是500×500mm的正方形)和尺寸的金属片，交替堆砌叠放至总层数为7～350层(在本实施例中为41层),组成三明治状叠层结构，并在最外侧用纯钛箔进行包套；
表面处理是采用丙酮、甲醇中的一种进行擦洗，再分别进行以下两种之一的处理：酸洗、碱洗；进行酸洗处理时，使用体积浓度为5～10％的hf水溶液酸洗10～30s后用清水洗净，吹干；进行碱洗处理时，使用体积浓度为5～20％的naoh水溶液碱洗10～30s后用清水洗净，吹干；
在三明治状叠层结构最外侧的包套钛箔外表面均匀涂覆以下两种之一的阻隔剂：氮化硼、氧化钇，再将其放置于石墨模具中；
钛箔、镍箔和铝箔的厚度均为100～500μm；在本实施例中为200μm；
将石墨模具置于以下两种之一的真空热压烧结设备中：真空热压炉、热等静压炉，在常温下施加1～3mpa预紧压力，保压10～30min，控制三明治状叠层结构中的箔片相互贴合接触；
步骤(2)：卸载步骤(1)中施加在三明治状叠层结构上的压力，以10℃/min的加热速率将三明治状叠层结构中的箔材加热到600～700℃，保温5～50h；加热和保温工艺这一过程是对叠层箔材进行反应退火热处理，使得铝箔、钛箔和镍箔发生扩散反应生成三铝化钛及三铝化镍金属间化合物。具体的工艺为以下之一：
(1)以10℃/min的加热速率将叠层箔材加热到700℃，保温10h；
(2)以10℃/min的加热速率将叠层箔材加热到650℃，保温30h；
(3)以10℃/min的加热速率将叠层箔材加热到600℃，保温40h；
步骤(3)：以10℃/min的加热速率将三明治状叠层结构中箔材的温度加热至900～1300℃，同时施加10～30mpa的压力，保温0.1～2h；
热加工这一过程的目的是使得残余的钛箔、镍铝继续与前一步生成的铝化物发生扩散反应生成钛铝、镍铝金属间化合物。同时施加10mpa的压力，其目的为致密化材料。
具体的工艺为以下之一：
(1)以10℃/min的加热速率加热到1100℃，同时施加10mpa的压力，保温60min后随炉冷却；
(2)以10℃/min的加热速率加热到1200℃，同时施加10mpa的压力，保温30min后随炉冷却；
(3)以10℃/min的加热速率加热到1300℃，同时施加10mpa的压力，保温10min后随炉冷却；
步骤(4)：随炉冷却，退模，得到钛铝、镍铝金属间化合物层状复合材料。