一种多晶粒尺度的层状Al-Ti复合材料及其制备方法

本发明属于金属材料加工，具体涉及一种多晶粒尺度的层状al-ti复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、层状复合材料启发于自然界贝壳珍珠质结构，兼具不同金属组元的本征特性，并且充分发挥了金属界面协调变形的优势。金属层状复合材料中组元材料性能上能够取长补短，产生协同效应，在不牺牲强度的基础上能够提高材料的断裂韧性，在航空航天、交通运势和石油化工等领域又广阔的应用前景。

3、目前层状金属复合材料制备方法主要有轧制叠合、热挤压结合、摩擦焊结合、热锻结合等，利用这些制备工艺已经成功制备出了层状复合材料并取得良好的效果。但是，这些工艺不仅存在过程复杂、成本高等缺点，而且多数以金属板材或金属箔为原材料进行层状复合材料的堆叠，原材料的选取类型较为局限，对金属粉末、陶瓷颗粒和纤维等原材料制备层状复合材料的应用非常有限。

4、由于层状金属复合材料多为以金属板材或金属箔为原材料进行堆叠获得的，通过调整层状金属复合材料的层数、厚度比和堆叠顺序等宏观结构参数可以优化其加工硬化行为。然而，层状复合材料的变形不相容性还与组元的晶粒尺寸等微观结构特征有重要的关系，以金属板材或金属箔为原材料难以对微观结构特征进行有效调控。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多晶粒尺度的层状al-ti复合材料及其制备方法。本发明利用不同粒度的铝粉和钛板为原始材料，将特定粒度的铝粉根据在石墨模具中所需厚度称量并均匀平铺在钛板上，并交替堆叠，按照程序升温进行真空热压烧结形成层状al-ti复合材料。通过调控组元的晶粒尺寸，可以在层状复合材料中通过异质变形诱导强化改善加工硬化能力，突破金属材料所面临的强度和延展性相权衡的困境。本发明旨在弥补现有工艺在粉末材料制备层状复合材料的空缺，实现材料在强度和延展性上的优异协同效应。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种多晶粒尺度的层状al-ti复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将经预处理的钛板和200-600目的铝粉依次铺平并压实，形成5层结构后进行真空热压烧结，冷却后即得多晶粒尺度的层状al-ti复合材料。

5、优选的，所述预处理过程包括依次进行的切割、酸浸、碱浸、清洗和干燥。

6、进一步优选的，所述酸浸使用的酸为氢氟酸。

7、进一步优选的，所述碱浸使用的碱包括氢氧化钠。

8、优选的，所述钛板与所述铝粉经铺平并压实后的厚度比为1:0.9-1.1。

9、优选的，所述真空热压烧结分为两步，先加热干燥，后加热烧结。

10、进一步优选的，加热干燥的温度为95-105℃，保温时间为25-35min，升温速度为9-11℃/min。

11、进一步优选的，加热烧结时先以9-11℃/min的升温速度将烧结炉腔体温度上升到490-510℃，之后以1-3℃/min的升温速度将烧结炉腔体温度上升到580-640℃并保温1.5-2.5h。

12、优选的，冷却至温度低于100℃。

13、第二方面，本发明提供了一种多晶粒尺度的层状al-ti复合材料，通过如第一方面所述的制备方法获得。

14、上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

15、本发明通过调控铝粉的尺寸实现对烧结密度进行调控，提高了冶金结合程度，层状复合材料中al/ti界面紧密结合，界面平直，没有明显缺陷。铝粉尺寸变化伴随al晶粒尺寸、长宽比和再结晶分数的变化，通过异质变形诱导强化改善加工硬化能力使层状al-ti复合材料的弯曲和拉伸强度得到改善。

技术特征：

1.一种多晶粒尺度的层状al-ti复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预处理过程包括依次进行的切割、酸浸、碱浸、清洗和干燥。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酸浸使用的酸为氢氟酸。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱浸使用的碱包括氢氧化钠。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛板与所述铝粉经铺平并压实后的厚度比为1:0.9-1.1。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空热压烧结分为两步，先加热干燥，后加热烧结。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，加热干燥的温度为95-105℃，保温时间为25-35min，升温速度为9-11℃/min。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，加热烧结时先以9-11℃/min的升温速度将烧结炉腔体温度上升到490-510℃，之后以1-3℃/min的升温速度将烧结炉腔体温度上升到580-640℃并保温1.5-2.5h。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，冷却至温度低于100℃。

10.一种多晶粒尺度的层状al-ti复合材料，其特征在于，通过如权利要求1-9任一项所述的制备方法获得。

技术总结
本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种多晶粒尺度的层状Al‑Ti复合材料及其制备方法。将经预处理的钛板和200‑600目的铝粉依次铺平并压实，形成5层结构后进行真空热压烧结，冷却后即得多晶粒尺度的层状Al‑Ti复合材料。本发明利用不同粒度的铝粉和钛板为原始材料，将特定粒度的铝粉根据在石墨模具中所需厚度称量并均匀平铺在钛板上，并交替堆叠，按照程序升温进行真空热压烧结形成层状Al‑Ti复合材料。通过调控组员的晶粒尺寸，可以在层状复合材料中通过异质变形诱导强化改善加工硬化能力，突破金属材料所面临的强度和延展性相权衡的困境。本发明旨在弥补现有工艺在粉末材料制备层状复合材料的空缺，实现材料在强度和延展性上的优异协同效应。

技术研发人员：陈良,阙标华,李诗昂,钱丽华,沈凯强,张存生
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10