[發明專利]一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611192920.3
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106521368B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 駱良順;韓寶帥;徐嚴謹;唐迎春;羅磊;李東海;王亮;蘇彥慶;郭景杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C47/20
• 分類號: C22C47/20;C22C49/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種Ti/Al層狀復合材料及其制備方法。

背景技術

航空航天工業的快速發展，對高溫結構材料的性能要求也越來越高，不僅要求耐高溫和抗氧化性而且要求很高的比強度和比剛度等。碳纖維增強鋁基復合材料，由于它密度小低，導電、導熱性好，比模量高、比強度高，高溫尺寸穩定性和高溫強度好，在以航空航天為代表的眾多領域得到普遍的應用。鈦及鈦合金所具有的低密度、高比強度、耐高溫、耐腐蝕、無磁、透聲、抗沖擊振動等良好的綜合性能，為鈦及鈦合金在各個工業領域開辟了廣闊的應用前景。以層狀形式將碳纖維增強復合材料與鈦合金復合，可使兩者的優勢得到充分發揮，同時具備密度低、高強度、高彈性等優異性能，特殊的層狀結構使得材料具有較強的抵御外力沖擊能力。

目前，關于層狀材料已進行了廣泛的研究，主要包括真空熱壓法，多道次疊軋法，爆炸合成法等，利用這些制備工藝已經成功制備出了疊層復合材料并取得良好的效果。但是，這些工藝存在過程復雜，工藝控制困難；成本高，應用困難等缺點。另外，目前研究的層狀材料以異種板材復合為主，通過板材之間的結合形成復合材料，因此材料的性能有限。

發明內容

本發明的目的要解決現有層狀復合材料制備工藝復雜和力學性能低的問題，而提供一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料及其制備方法。

一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料由層狀芯材和包套組成，所述的包套利用厚度為0.5mm～1mm的鈦板或厚度為0.5mm～1mm的不銹鋼板制成；所述的層狀芯材由上至下依次為鈦層和若干層重復的疊層單元，且所述的疊層單元由上至下依次為鋁層、纖維布層、鋁層和鈦層。

一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、表面清洗：①、將鈦箔進行剪裁，再經砂紙打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用HF/HNO₃混合溶液清洗，清洗1min～2min后利用去離子水沖洗，烘干后采用超聲波清洗技術清洗，先以去離子水作為洗滌劑超聲波清洗，再以無水乙醇作為洗滌劑超聲波清洗，取出烘干后，得到干凈鈦箔；②、將鋁箔進行剪裁，再經砂紙打磨，打磨后用丙酮或酒精清洗，然后利用濃度為0.005mol/L～0.01mol/L的NaOH溶液清洗，清洗1min～2min后利用去離子水沖洗，烘干后采用超聲波清洗技術清洗，先以去離子水作為洗滌劑超聲波清洗，再以無水乙醇作為洗滌劑超聲波清洗，取出烘干后，得到干凈鋁箔；

二、表面處理：將纖維布在300～400℃烘烤0.5h～1h，冷卻后取出，放入丙酮溶液，以去離子水作為洗滌劑，利用超聲波清洗技術清洗2～3次，再進行剪裁，得到干凈纖維布；

三、制備預制件：將干凈纖維布、干凈鋁箔和干凈鈦箔交替疊放，得到疊層材料預制體；

所述疊層材料預制體由上至下依次為干凈鈦箔和若干層重復的疊層單元，且所述的疊層單元由上至下依次為干凈鋁箔、干凈纖維布、干凈鋁箔和干凈鈦箔；

四、包套：用厚度為0.5mm～1mm的鈦板或厚度為0.5mm的不銹鋼板按照疊層材料預制體的外形、尺寸焊制包套，然后將疊層材料預制體放入包套中，并密封包套，利用真空泵將包套內抽成真空，至真空度達到1×10^-1Pa以下為止，得到帶包套疊層材料預制體；

五、將帶包套疊層材料預制體放入模具中，覆蓋保溫棉，開啟加熱裝置加熱至550～700℃，開啟壓力機，閉合模具，在帶包套疊層材料預制體的包套上施加10MPa～40MPa的壓力，并在溫度為550～700℃和壓力為10MPa～40MPa下保溫保壓0.5h～2h，停止加壓，并降溫，冷卻至室溫后去除模具，即得到纖維增強Ti/Al層狀復合材料；

步驟一①中所述HF/HNO₃混合溶液由HF、HNO₃和水混合而成，且HF/HNO₃混合溶液中HF的濃度為0.1mol/L，HNO₃的濃度為0.1mol/L。

一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的：