[發(fā)明專利]擴(kuò)散焊接制備Ti-TiBw/Ti層狀復(fù)合材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310498988.4
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103521918A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 耿林;劉寶璽;黃陸軍;崔喜平
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K20/24
• 分類號: B23K20/24;B23K20/233
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有層狀結(jié)構(gòu)的Ti-TiBw/Ti復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

Ti基復(fù)合材料是21世紀(jì)具有極大發(fā)展?jié)摿Φ妮p質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料，但是加入增強(qiáng)體的同時往往會犧牲材料的塑性和韌性。而層狀結(jié)構(gòu)材料在發(fā)揮材料的強(qiáng)韌性和強(qiáng)塑性方面發(fā)揮著很顯著的效果。這是因為一般層狀結(jié)構(gòu)包括脆性相層和塑性相層，脆性相層起到強(qiáng)化和延遲局部頸縮的作用，而塑性相層則會在塑性變形過程中吸收大量的變形功，并起到裂紋鈍化和裂紋偏轉(zhuǎn)的作用。

目前制備層狀鈦基復(fù)合材料的傳統(tǒng)工藝有軋制復(fù)合、熱壓燒結(jié)、熱噴涂、表面堆焊和自耗電弧熔煉法，然而在制備過程中卻出現(xiàn)難以控制層的平整性和均勻性的問題，極大的限制了層狀鈦基復(fù)合材料的工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)研究，此外，由于熱壓燒結(jié)所獲材料層厚介于亞毫米級別，而微米及亞微米尺度的材料會獲得更為顯著的增強(qiáng)效果，因此制備多尺度的層狀復(fù)合材料成為21世紀(jì)結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有層狀鈦基復(fù)合材料層的平整性和均勻性難以保證的技術(shù)問題，而提供一種擴(kuò)散焊接制備Ti-TiBw/Ti層狀復(fù)合材料的方法。

本發(fā)明的擴(kuò)散焊接制備Ti-TiBw/Ti層狀復(fù)合材料的方法按以下步驟進(jìn)行：

一、稱取原料：稱取Ti箔材、球形Ti粉和增強(qiáng)體材料；所述的Ti箔材與球形Ti粉的質(zhì)量比為1：（1～3），所述的Ti箔材與增強(qiáng)體材料的質(zhì)量比為100：（3～8），所述的增強(qiáng)體材料為能夠與Ti原位反應(yīng)生成顆粒、晶須的單質(zhì)粉體或化合物粉體；所述的能夠與Ti原位反應(yīng)生成顆粒、晶須的單質(zhì)粉體或化合物粉體的粒徑為3μm～8μm；所述的Ti箔材的厚度為50μm～500μm；所述的球形Ti粉的粒徑為80μm～200μm；

二、TiBw/Ti復(fù)合材料的制備：將步驟一稱取的球形Ti粉和增強(qiáng)體材料以球料比為5：1球磨5h～8h，然后在真空度為4×10^-2Pa～8×10^-2Pa的缺少單位條件下，先由室溫升溫至溫度為300～500℃，并在溫度為300～500℃下保溫30min～60min，然后以10℃/min～20℃/min的速度由溫度為300～500℃勻速升溫至溫度為1100～1300℃，同時壓強(qiáng)以0.6MPa/min～1.2MPa/min的速度由常壓勻速升高至壓強(qiáng)為15MPa～30MPa，并在溫度為1100～1300℃和壓強(qiáng)為15MPa～30MPa的條件下保持1h～2h，再由溫度為1100～1300℃降溫至溫度為700～900℃，泄壓，得到TiBw/Ti復(fù)合材料；其原位反應(yīng)化學(xué)方程式為：Ti+TiB₂→TiBw；

三、TiBw/Ti復(fù)合材料箔材的制備：將步驟二得到的TiBw/Ti復(fù)合材料線切割至厚度為200μm～500μm的箔材，然后用質(zhì)量濃度為5%～10%的HF溶液浸蝕表面，得到厚度為100μm～400μm的TiBw/Ti復(fù)合材料箔材；

四、層狀Ti-TiBw/Ti復(fù)合材料的制備：將步驟三得到的TiBw/Ti復(fù)合材料箔材和步驟一稱取的Ti箔材在真空度為4×10^-2Pa～8×10^-2Pa的條件下，先由室溫升溫至溫度為300～500℃，并在溫度為300～500℃下保溫30min～60min，然后以10℃/min～20℃/min的速度由溫度為300～500℃勻速升溫至溫度為1000～1200℃，同時壓強(qiáng)以0.6MPa/min～1.2MPa/min的速度由常壓勻速升高至壓強(qiáng)為15MPa～30MPa，并在溫度為1000～1200℃和壓強(qiáng)為15MPa～30MPa的條件下保持1h～2h，再由溫度為1000～1200℃降溫至溫度為400～500℃，泄壓，得到層狀Ti-TiBw/Ti復(fù)合材料；所述的步驟三得到的TiBw/Ti復(fù)合材料箔材和步驟一稱取的Ti箔材的厚度比為3：（1～5）。