[發明專利]一種雙連續相Ti3AlC2/Ni基復合材料及其無壓浸滲制備方法

有效

• 申請號: 201510070643.8
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104674047A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 黃振鶯;翟洪祥;羅瀟;魯益麟;位興民;周洋
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C19/03;C22C32/00;C22C29/06
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙)11392
• 代理人: 董琪

技術領域

本發明涉及一種雙連續相Ti₃AlC₂/Ni基復合材料及其無壓浸滲制備方法。

背景技術

鎳基高溫合金在整個高溫合金領域內占有特殊重要的地位，它廣泛地用于制造航空噴氣發動機、各種工業燃氣輪機的最熱端部件，如渦輪部分的工作葉片、導向葉片、渦輪盤和燃燒室等。在先進的航空發動機中，高溫合金的用量占40-60％，因此這種材料被喻為“燃氣渦輪的心臟”。近年來由于渦輪葉片工作溫度的提高，要求合金有更高的高溫強度和工作溫度。目前為了改進Ni基復合材料在高溫場所的蠕變性能，抗熱疲勞性能，一些傳統的陶瓷顆粒像Al₂O₃、SiO₂、TiC、WC、SiC、TiB₂等顆粒用于制備鎳基復合材料，此外，為了增強鎳基合金的摩擦性能，石墨、MoS₂等陶瓷顆粒添加到基體中以增強其潤滑性。但是這些陶瓷的加入容易破壞Ni基體的可加工性，導電性，降低材料的韌性等。

Ti₃AlC₂是一種新型的三元碳化物陶瓷，由M.A.Pietzka和J.C.Schuster首次發現并在《J.Phase?Equilib》1994年第15期392頁公開報道。鈦鋁碳屬于六方晶系，晶粒為層狀結構、外形呈板狀，理論密度為4.25g/cm³。其多晶塊體材料的維氏硬度為3.5GPa、楊氏模量為297GPa、室溫壓縮強度為540～580MPa、室溫彎曲強度為360～390MPa、室溫電阻率為0.35μΩ·m，經1100℃淬火后強度不降低，可機加工(參考文獻：N.V.Tzenov和M.W.Barsoum,J.Am.Ceram.Soc.,2000,83[4]:825)。此外，其多晶塊體材料具有良好的摩擦學性能：在0.8MPa壓強和60m/s滑動速度下，對低碳鋼的干摩擦系數約為0.1，磨損率約為2.5×10^-6mm³/Nm(參考文獻：H-X?Zhai，et?al,Mater.Sci.Forum,2005[475-479]:1251)。因此，將其作為增強相來增強Ni基復合材料，可以具有高強度、高硬度和耐磨性等。但是，目前為止還沒有利用這種新型陶瓷來增強Ni基復合材料的報道。

雙連續相金屬陶瓷材料，是20世紀80年代發展起來的陶瓷/金屬復合材料的一種結構形式，即陶瓷相與金屬相均為三維空間連續，在空間呈網絡交叉結構。這種結構使其具有顆粒或纖維增強復合材料沒有的特點：相對于纖維增強材料，其在整體結構上具有各向同性的特點、相對于顆粒或晶須增強材料，它具有相互連續的特點。雙連續相Ti₃AlC₂/Ni基復合材料可以使Ti₃AlC₂陶瓷和Ni基合金均為連續分布，陶瓷骨架因為金屬相所具有的韌性得到增韌，金屬相由于陶瓷骨架的剛性承載作用而得到增強，兩者相互依托，相互補強，互為支撐骨架，與傳統的顆粒增強、纖維增強和晶須增強復合材料相比，具有更為獨特的力學性能、抗摩擦磨損性能、減振性能和熱學性能，而且具備性能的各向同性，同時由于Ti₃AlC₂的加入，能顯著降低復合材料的密度，因此可以減小實際應用過程中的零部件重量，有助于節約能源消耗，提高使用可靠性。在航空航天、交通運輸、機械制造等工業領域展示了廣泛的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以多孔Ti₃AlC₂預制體(氣孔率為20～80％)和Ni基合金粉為原料制成的雙連續相Ti₃AlC₂/Ni基復合材料及其無壓浸滲制備方法。

本發明的技術方案：

本發明的雙連續相Ti₃AlC₂/Ni基復合材料，其成分如下：

Ti₃AlC₂的體積含量為20～80vol％，其余為Ni基合金。

本發明的雙連續相Ti₃AlC₂/Ni基復合材料，其顯微結構如下：

陶瓷相Ti₃AlC₂與金屬相Ni基合金相各自呈三維空間連續分布，在空間呈網絡交叉結構，二者界面結合牢固。