[發(fā)明專利]一種周期性錯位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910207904.4
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109878170B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 艾桃桃;劉芳;董洪峰;李文虎;袁新強(qiáng);鄧志峰;董金虎
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西理工大學(xué)
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B32B7/08;B32B3/22;B22F7/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 馬小星

本發(fā)明提供一種周期性錯位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材及其制備方法，屬于先進(jìn)金屬材料領(lǐng)域。本發(fā)明提供的是一種疊層結(jié)構(gòu)TiAl基合金板材，在利用材料組元本征性能的基礎(chǔ)上，能充分發(fā)揮材料中不同組元間的協(xié)同、耦合及多功能響應(yīng)機(jī)制，能在一定程度上提高材料的綜合性能，使得材料在提高強(qiáng)度和剛度的同時，其韌塑性也大幅提高，而且特殊的疊層結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)能量耗散，降低裂紋尖端應(yīng)力集中，使得多界面結(jié)構(gòu)具備更佳的增韌效果。本發(fā)明通過在TiAl基合金層間設(shè)置韌性的鈦合金層，二者交互層疊分布形成仿生疊層結(jié)構(gòu)，并且由于鈦合金層中錯位貫通結(jié)構(gòu)的存在，實(shí)現(xiàn)了層與層之間的錯位連接，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高韌的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及先進(jìn)金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種周期性錯位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦鋁金屬間化合物兼具金屬和陶瓷的優(yōu)良性能，可取代密度大的鎳基、鈷基等高溫合金，制作某些航空航天結(jié)構(gòu)件以及地面動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動或往復(fù)運(yùn)動結(jié)構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)推力重量比值和燃油效率的大幅度提高，在航空航天、汽車等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。到目前為止，TiAl合金已步入實(shí)用化階段。例如，2006年6月，GE公司采用4822合金(Ti-48Al-2Cr-2Nb)制造GEnx發(fā)動機(jī)第6、7兩級低壓渦輪葉片，成為γ-TiAl合金制造的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的首次應(yīng)用。國內(nèi)北京科技大學(xué)發(fā)展了高溫高Nb-TiAl合金，被TiAl合金研究領(lǐng)域國際權(quán)威Young-WonKim教授肯定為發(fā)展高溫高性能TiAl合金的“首例”，居國際領(lǐng)先水平。中國科學(xué)院金屬研究所采用精密鑄造法制造了γ-TiAl合金低壓渦輪葉片，已用在英國羅羅公司Trent XWB發(fā)動機(jī)，完成了覆蓋一個大修周期的1750次模擬飛行循環(huán)考核試驗(yàn)。但是TiAl基合金研究應(yīng)用受限于室溫本征脆性，導(dǎo)致其難以加工變形，大大限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中存在TiAl基合金強(qiáng)度-塑性相互“倒置”的問題，已成為國內(nèi)外金屬材料學(xué)科領(lǐng)域重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種周期性錯位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材及其制備方法。本發(fā)明提供的周期性錯位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材兼具良好的強(qiáng)度和韌性。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種周期性錯位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材，包括依次層疊排列的TiAl基合金層和錯位通孔鈦合金層；所述錯位通孔鈦合金層中設(shè)置有貫通結(jié)構(gòu)，所述貫通結(jié)構(gòu)的兩個開口分別位于鈦合金層的上下表面，所述貫通結(jié)構(gòu)的錯位開口位置處于相鄰鈦合金層中每四個通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，所述貫通結(jié)構(gòu)中填充有TiAl基合金，所述鈦合金層相鄰兩側(cè)的TiAl基合金層通過貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金連接，所述TiAl基合金層和鈦合金層之間、貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金和鈦合金之間通過Ti₃Al界面層連接。

優(yōu)選地，所述TiAl基合金層的厚度獨(dú)立地為0.1～1.5mm。

優(yōu)選地，所述TiAl基合金層中Ti與Al的原子比為(55～35):(45～65)。

優(yōu)選地，所述鈦合金層的厚度獨(dú)立地為0.05～0.3mm。

優(yōu)選地，所述鈦合金層的材質(zhì)為TA鈦合金、TB鈦合金或TC鈦合金。

優(yōu)選地，所述貫通結(jié)構(gòu)的開口形狀為圓形或長方形，

當(dāng)所述貫通結(jié)構(gòu)的開口形狀為圓形時，開口的直徑為0.5～3mm，兩圓形的圓心間距為2～12mm；

當(dāng)所述貫通結(jié)構(gòu)的開口形狀為長方形時，開口的長為1～5mm，寬為0.2～1mm，兩長方形的中心點(diǎn)的距離為3.5～7.5mm。

優(yōu)選地，所述Ti₃Al界面層的厚度獨(dú)立地為5～150μm。