[發明專利]一種Ti/Al3Ti層狀復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710547339.7
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN109202088A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 韓玉杰;徐嚴謹;王耀奇;侯紅亮
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B22F7/02
• 分類號: B22F7/02;B22F3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種Ti/Al₃Ti層狀復合材料的制備方法，其技術要點在于：包括如下步驟，第一步，試樣清洗；第二步，脈沖電流輔助超聲固結成形；第三步，退火處理；第四步，脈沖電流輔助熱壓燒結；本發明能夠促進超聲固結過程中的原子擴散，提高Ti/Al界面結合質量，有利于后續原位反應試驗的進行，通過瞬時高能激活Ti/Al反應，提高反應效率，彌合裂紋缺陷，從而獲得致密度高、結合質量好的Ti/Al₃Ti層狀復合材料。

技術領域

本發明涉及復合材料制備技術領域，特別是涉及一種Ti/Al₃Ti層狀復合材料的制備方法。

背景技術

基于鈦增韌的金屬間化合物基Ti/Al₃Ti層狀復合材料是在天然生物貝殼珍珠層的多尺度、多層級的強韌化機理研究的基礎上發展起來的一種新型高性能復合材料，該層狀復合材料在強度較高的金屬間化合物Al3Ti片層基體中增加韌性較好的Ti層，通過層間結構的優化設計，結合片層增韌機理，實現強度和韌性的良好結合。Ti/Al₃Ti層狀復合材料獨特的層疊結構和特殊的失效機理，使其具有良好的抗沖擊和能量吸收等性能，具有很好的應用前景。

超聲波固結分層制造技術是一種先進的材料與結構制造方法，該技術主要基于金屬超聲波振動塑性加工原理，以金屬箔材為原材料，利用超聲波的高頻振動,使層與層之間的接觸界面在靜壓力和彈性振動能量的共同作用下，通過摩擦、溫升等作用促進界面之間金屬原子無限接近、產生結合與擴散，實現層與層之間的固態冶金結合。該技術是一種先進材料與結構低成本、綠色制造的新方法，該方法具有高度的可設計性，一方面通過層間結構的優化設計，可獲得規則分布的層狀或交錯分布的磚瓦式層狀復合結構，從而滿足不同性能的需求；另一方面通過不同材料的匹配，能夠制備出單一材料無法實現的高性能結構。

在金屬材料塑性加工過程中施加脈沖電流，可以大大降低材料的變形抗力，同時提高材料的塑性，被稱為電致塑性效應，其原理是利用脈沖電流的瞬時高能促進原子擴散和位錯運動，同時由于脈沖電流的焦耳熱效應可以對變形試樣進行快速、高效加熱，從而進一步降低材料的變形抗力，提高成形性能。此外，脈沖電流可以促進位錯運動和再結晶，對晶粒細化起到有效的促進作用。脈沖電流輔助金屬材料塑性加工技術已經被廣泛應用于軋制、拉拔、彎曲、旋壓等金屬變形及加工工藝中，該技術尤其適用于高強度、難變形金屬材料的變形和加工。

現有技術中，超聲固結制備Ti/Al復合材料預制坯時，由于其功率的限制，超聲能量不能穿透厚度較大的金屬板材，也不足以使高強度合金在局部微區產生微小塑性變形，同時，有限的功率使材料表面的摩擦效應減弱，難以實現對氧化膜的破碎作用，導致對原子擴散能力的促進作用顯著降低，其次，在后續的反應過程中，效率低，容易出現裂紋等缺陷。

發明內容

本發明的目的就是解決以上技術中存在的問題，并為此提供一種Ti/Al₃Ti層狀復合材料的制備方法。

一種Ti/Al₃Ti層狀復合材料的制備方法，包括如下步驟，第一步，試樣清洗；第二步，脈沖電流輔助超聲固結成形；第三步，退火處理；第四步，脈沖電流輔助熱壓燒結。

進一步地，樣清洗步驟為選用箔材為原材料，首先將箔材進行清洗，除去表面污漬，將箔材依次用丙酮和酒精清洗干凈。

進一步地，脈沖電流輔助超聲固結成形步驟是將0.1-0.2mm厚的原始板材依照Ti－Al－Ti－Al……Ti或Al－Ti－Al－Ti……Al的順序利用超聲固結的方法依次疊合在一起，超聲固結過程中在金屬箔材表面施加脈沖電流。

進一步地，退火處理步驟是將固結后的坯料在480-600℃/0.5-4h進行退火處理。