[發明專利]超細晶鈦鋁碳顆粒增強TiAl基復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410256286.X
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN103993195A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 趙乃勤;王健;劉恩佐;師春生;李家俊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/05;C22C14/00;C22C30/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明涉及一種超細晶鈦鋁碳顆粒增強TiAl基復合材料的制備方法，屬于陶瓷相增強TiAl基復合材料技術領域。

背景技術

TiAl基合金以其比強度高，比剛度高，密度低，抗蠕變性好等優點，是一種很有應用前景的新型輕質高溫結構材料，在航空航天，汽車等領域有著廣泛的應用前景，但是室溫塑性韌性差，強度低是限制其應用的主要問題。

TiAl基復合材料可以兼顧基體和增強相的優點，獲得良好的綜合性能。相對于其他增強相，三元層狀化合物Ti₂AlC兼具金屬和陶瓷的優點，具有導電性和導熱性，在常溫下具有較低的維氏硬度和較高的彈性模量和剪切模量，可以像金屬一樣進行機械加工，并且具有陶瓷的高屈服強度、高熔點、高熱穩定性和抗氧化能力。此外，Ti₂AlC因其層狀結構還具有良好的自潤滑性。因此，在TiAl基體中引入少量的Ti₂AlC制備成Ti₂AlC/TiAl復合材料，可以兼具有兩者優點。

晶粒大小對金屬材料的力學性能有重要的影響，晶粒越小，材料的強度和伸長率越高，因而制備超細晶組織是實現高性能TiAl基復合材料的一條重要途徑。現有制備TiAl基復合材料主要采用自蔓延高溫合成法（SHS）和反應熱壓法制備，SHS法具有反應迅速，耗能低等優點，但是制備的TiAl基復合材料增強相常分布于TiAl基體的晶界處，降低復合材料的性能，反應熱壓法制備TiAl基復合材料通常晶粒尺寸比較大，限制了復合材料力學性能的提高。

發明內容

本發明目的提供了一種超細晶鈦鋁碳（Ti₂AlC）顆粒增強TiAl基復合材料制備方法，該方法制得的復合材料具有晶粒尺寸細小，增強相分布均勻的優點，提高了現有TiAl基復合材料室溫塑性及強度。

本發明通過以下技術方案加以實現，一種超細晶鈦鋁碳顆粒增強TiAl基復合材料的制備方法，所述的超細晶鈦鋁碳顆粒增強TiAl基復合材料組成：Ti₂AlC質量含量1～25%，其余為TiAl合金基體，其中TiAl合金成分為：Ti原子百分比50～60%，其余為Al，其特征在于包括以下步驟：

（1）按照摩爾比將50～60%Ti粉、40～50%Al粉混合后放入球磨罐中，以磨球與料重量比為10：1，在正己烷的環境中以轉速為400轉/分鐘的條件下進行球磨，球磨時間為5~160小時，室溫下真空干燥4小時獲得復合粉末；

（2）將步驟（1）獲得的復合粉末在真空熱壓燒結爐中，在真空度低于0.1Pa的環境下，以溫度800～1400℃和壓力為10～70MPa條件下燒結2小時，然后隨爐冷卻至室溫，得到超細晶鈦鋁碳顆粒增強TiAl基復合材料。

本發明利用機械化學球磨-熱壓工藝制備原位自生Ti₂AlC顆粒增強TiAl基復合材料，Ti粉和Al粉在正己烷介質中球磨，實現機械合金化生成Ti（Al）固溶體并且與正己烷分解產生的碳反應并生成TiC，生成量可以通過球迷時間精確控制，在熱壓過程中，發生反應原位生成Ti₂AlC/TiAl復合材料，從而增強相/基體界面干凈，增強相分布均勻，組織細小，力學性能好，室溫下彎曲強度968MPa，抗壓強度2555MPa，壓縮斷裂變形量0.239。

附圖說明

圖1是本發明實施例一制備的Ti₂AlC顆粒增強TiAl基復合材料的掃描電鏡顯微組織照片。

圖2是本發明實施例一制備的Ti₂AlC顆粒增強TiAl基復合材料的透射電鏡顯微組織照片，其晶粒尺寸為200-400nm

圖3是實施例一制備的Ti₂AlC顆粒增強TiAl基復合材料的X射線衍射圖譜，根據Rietveld法測定其中含Ti₂AlC含量?5.9wt.%，TiAl含量94.1wt.%。

圖4是實施例三制備的Ti₂AlC顆粒增強TiAl基復合材料的掃描電鏡顯微組織照片。

具體實施方式

實施例一

本實施例中Ti₂AlC顆粒增強TiAl基復合材料按照質量百分比6%Ti₂AlC和94%TiAl基體組成，Ti₂AlC顆粒增強TiAl基復合材料的制備方法是按下述步驟進行的：