[發明專利]一種高斷裂韌性雙態鈦鋁基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910087139.7
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109536760A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 李建波;張紫妍;魯小芳;陳先華;潘復生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C14/00;C22C30/00;C22C21/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

本發明公開了一種高斷裂韌性雙態鈦鋁基復合材料及其制備方法，包括以下原子數百分比的組分：Nb元素粉末2~5％，余量為Ti?XAl?YNb?0.4W(at.%)預合金粉末，X為40~50，Y為5~10。通過粉末冶金技術和包套鍛造制備了含塑性Nb顆粒增韌的高Nb?TiAl復合材料，制備方法簡單易操作，制備工藝流程簡單。制得的雙態鈦鋁基復合材料組織中含有細小的γ?TiAl基體組織以及尺寸約為100μm隨機分布的基體組織中的Nb顆粒，該Nb顆粒由純Nb相以及包裹在純Nb相周圍的β相和條帶狀ω相組成，有效延緩鈦鋁基合金中裂紋擴展，進而提高了復合材料的斷裂韌性、強度和塑性，因此有望用于航空航天耐高溫結構部件，有效擴寬了鈦鋁基復合材料的應用范圍。

技術領域

本發明涉及鈦鋁基復合材料的制備方法，尤其涉及一種高斷裂韌性雙態鈦鋁基復合材料及其制備方法，屬于鈦鋁材料加工技術領域。

背景技術

鈦鋁基合金材料作為先進的高溫結構材料，由于其具有低密度、良好的高溫強度、高抗氧化性和抗蠕變性等，使之優于目前廣泛使用的金屬及其合金，是一類很有發展前景的高溫結構材料。目前在航天航空、汽車和能源等工業領域備受關注。其中PM-TiAl基合金材料作為一類重要的鈦鋁基合金材料正被廣泛應用，也是多年來的研究熱點。

采用粉末冶金技術可制備成分均勻、組織細小的鈦鋁基合金材料，不僅解決了傳統鑄造法帶來的組織粗大、疏松和成分偏析的問題，并且能夠有效解決鈦鋁基合金難以加工成形的問題，制得高質量的鈦鋁基合金坯料。然而，PM-TiAl基合金材料較差的斷裂韌性和致密度限制了其進一步的應用。

近年來，已有不少學者對PM-TiAl基合金材料性能的改善進行了一定研究。在TiAl合金基體上添加的細小陶瓷顆粒，可以在一定程度上提高TiAl合金的斷裂韌性，如發明專利CN201310711330.7公開了一種Ti₃AlC₂-Ti₂AlC/TiAl基復合材料及其制備方法，通過加入增強相Ti₂AlC和Ti₃AlC₂提高合金的性能，其彎曲強度為148～316MPa，斷裂韌性為3.88～7.28MPa·m^1/2，但是第二相陶瓷顆粒偏聚不可避免，造成合金的塑性及強度的極大降低。在脆性金屬化合物基體中添加塑性第二相可以有效提高材料的斷裂韌性，這是由于塑性相可以有效吸收裂紋擴展能量，阻礙了裂紋的擴展。再者，根據熱處理方式的不同，可以得到TiAl基合金四種典型的顯微組織狀態: 近γ組織、雙態組織、近層片組織及全層片組織；研究已表明其中含全層片組織的鈦鋁基合金材料具有最高的斷裂韌性，由于其層片狀的組織結構使得已產生的裂紋難以繼續擴展，因而，大部分研究集中在全層片TiAl基復合材料上，然而全片層組織需將合金加熱到單相α相區進行熱處理，在此高溫單相條件下晶粒長大嚴重，導致全片層團尺寸粗大，粗大的全層片組織使得鈦鋁基合金材料的室溫塑性及強度等性能并不理想，限制了其應用。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高斷裂韌性雙態鈦鋁基復合材料及其制備方法，解決現有鈦鋁基合金具有斷裂韌性能、塑性和強度不佳及致密度較低的問題，限制其應用范圍。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：一種高斷裂韌性雙態鈦鋁基復合材料，包括以下原子數百分比的組分：Nb元素粉末2~5％，余量為Ti-XAl-YNb-0.4W預合金粉末，X為40~50，Y為5~10；其中基體組織為Ti-XAl-YNb-0.4W (at.%)預合金粉末，增強顆粒選用Nb元素粉末。