[發明專利]多層Ti6Al4V-TiBw/Ti6Al4V復合材料的真空熱軋方法

有效

• 申請號: 201710691463.0
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107460420B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 劉寶璽;劉明陽;馬久樂;殷福星;王帥
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22F1/02
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種多層Ti6Al4V?TiBw/Ti6Al4V復合材料的真空熱軋方法。該方法通過將Ti6Al4V和鈦基復合材料板材進行裁剪，多層疊合，放入不銹鋼槽中，進行焊接密封和抽真空工序，通過爐內高溫加熱和保溫，最終在熱軋機上進行多道次熱軋成型，獲得較好的層間界面結合和微米級的層厚尺度，實現層狀鈦基復合材料的強韌化目的。本發明可以獲得很強的界面結合強度，拉剪強度可達650MPa，通過熱軋制變形，可以令TiB晶須沿層狀方向定向排布，從而令層狀方向增強效果明顯，力學各向異性增強。

技術領域

本發明創造涉及多層鈦基復合材料生產技術領域，特別涉及生產多層鈦基復合材料的熱軋制方法，屬于金屬壓延領域。

背景技術

多層鈦基復合材料利用層狀結構增韌方式，可有效的阻礙裂紋的擴展，起到止裂的作用。2003年，Panda等人利用粉末冶金方法制備了TiB/Ti和TiB_2/Ti功能梯度復合材料，可弱化殘余熱應力，避免裂紋的產生，具有較高的抗沖擊性。哈爾濱工程大學姜鳳春等人利用熱壓燒結方法制備了層狀Ti-Al₃Ti復合材料，沖擊實驗中其通過脫層斷裂吸收大量的沖擊功，有望應用于裝甲設備和彈道系統中。自2013年起，申請人利用粉末冶金和擴散焊接方法分別制備了弱界面結合和強界面結合的兩級層狀結構Ti-TiBw/Ti復合材料，增韌效果更為顯著，涉及裂紋偏轉、脫層斷裂、裂紋屏蔽、壓應力、多重裂紋和塑性層增韌等多種增韌方式。

德國馬普所高華健、季葆華等研究貝殼的斷裂行為發現，除了多級結構協同增韌之外，層厚尺度也起到很重要的作用，在臨界缺陷尺度以下，應力會均勻分布，不會產生應力集中，層中存在的“磚縫”裂紋將不會繼續擴展，因而亞微米或納米級別的貝殼具有強韌化的優勢。研究者往往采用熱軋制、熱鍛造和熱擠壓的方式提高致密度、降低內部微觀結構尺度和引進軋制織構，來進一步提高鈦基復合材料的增強增韌效果。然而，這些方法通過位錯塞積的方式雖然可以獲得較高的增強效果，然而往往會犧牲材料的塑性和韌性作為代價，這種強度-韌性倒置的現象一直限制著鈦基復合材料的發展。

而利用熱壓燒結方式或擴散連接方法制備了層狀Ti-TiBw/Ti復合材料的技術中心(如層狀鈦基復合材料的制備方法ZL201210138430.0或者擴散焊接制備Ti-TiBw/Ti層狀復合材料的方法ZL201310498988.4)，其中熱壓燒結的方法可以獲得較強的界面結合，然而由于層厚尺寸不均勻，界面有波浪起伏現象，易造成無法定量制備鈦基復合材料的缺點，而擴散連接方法能獲得層厚均勻，層面平直的層狀鈦基復合材料，然而缺點是層間界面結合較差，影響了鈦基復合材料的成型性和力學性能。

發明內容

本發明的目的為針對當前技術中存在的不足，提供一種多層Ti6Al4V-TiBw/Ti6Al4V復合材料的真空熱軋方法。該方法通過將Ti6Al4V和鈦基復合材料板材進行裁剪，多層疊合，放入不銹鋼槽中，進行焊接密封和抽真空工序，通過爐內高溫加熱和保溫，最終在熱軋機上進行多道次熱軋成型，獲得較好的層間界面結合和微米級的層厚尺度，實現層狀鈦基復合材料的強韌化目的。

本發明的技術方案為：

一種多層Ti6Al4V-TiBw/Ti6Al4V復合材料的真空熱軋方法，包括以下步驟：

(1)取邊長相等的Ti6Al4V和TiBw/Ti6Al4V復合材料的箔材，分別用體積分數為5％～10％的氫氟酸溶液浸泡1-2分鐘，然后清洗、烘干；

所述的TiBw/Ti6Al4V復合材料箔材厚度為300～500μm，Ti6Al4V復合材料的箔材厚度為100～500μm；

(2)取不銹鋼，在銑床上銑出形狀與箔材形狀相同的槽，在其中一側開一孔徑為3～6mm的小孔，將Ti6Al4V和TiBw/Ti6Al4V箔材呈間隔排列疊放于槽內；