[發(fā)明專利]一種周期性多層合金板材及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910208287.X
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109865841B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 艾桃桃;袁新強;李文虎;董洪峰;董金虎;鄧志峰
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西理工大學
• 主分類號: B22F7/02
• 分類號: B22F7/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 馬小星

本發(fā)明提供了一種周期性多層合金板材及其制備方法，屬于先進金屬材料技術領域。本發(fā)明提供的周期性多層合金板材包括依次層疊排列的鈦合金層、Ti₃Al合金層、Ti₃AlC₂?TiAl基合金復合層和TiAl₃合金層；所述鈦合金層、Ti₃Al合金層和TiAl₃合金層設置有貫通結(jié)構(gòu)；所述貫通結(jié)構(gòu)中填充有Ti₃AlC₂?TiAl基合金。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的周期性多層合金板材垂直疊層方向的彎曲強度為652.14～846.72MPa，斷裂韌性為17.64～22.06MPa·m^1/2；平行疊層方向的彎曲強度為618.06～809.31MPa，斷裂韌性為19.02～24.48MPa·m^1/2。

技術領域

本發(fā)明涉及先進金屬材料技術領域，特別涉及一種周期性多層合金板材及其制備方法。

背景技術

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)件及地面動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動或往復運動結(jié)構(gòu)件，實現(xiàn)推力重量比值和燃油效率的大幅度提高，在航空航天、汽車等領域具有重要的應用前景。到目前為止，TiAl合金已步入實用化階段。例如，2006年6月，GE公司采用4822合金(Ti-48Al-2Cr-2Nb)制造GEnx發(fā)動機第6、7兩級低壓渦輪葉片，成為γ-TiAl合金制造的關鍵結(jié)構(gòu)件的首次應用。國內(nèi)，北京科技大學發(fā)展了高溫高Nb-TiAl合金，被TiAl合金研究領域國際權(quán)威Young-Won Kim教授肯定為發(fā)展高溫高性能TiAl合金的“首例”，居國際領先水平。中國科學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，已應用在英國羅羅公司Trent XWB發(fā)動機，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。但是TiAl基合金研究應用受限于其室溫本征脆性，導致難以加工變形，大大限制了其應用領域。通過工藝調(diào)控形成雙相合金組織，即γ-TiAl+α₂-Ti₃Al，可在一定程度上改善室溫脆性問題。Ti₃Al金屬間化合物的密度和普通鈦合金接近，但使用溫度前者比后者要高。從20 世紀50年代開始，有關Ti₃Al金屬間化合物方面的研究較多，但由于其脆性難題一直無法突破，對其研究一直處于低潮。

疊層結(jié)構(gòu)材料作為材料構(gòu)型化的典型代表，在利用材料組元本征性能的基礎上，能充分發(fā)揮材料中不同組元間的協(xié)同、耦合及多功能響應機制，能在一定程度上提高材料的綜合性能，使得材料在提高強度和剛度的同時，其韌塑性也大幅提高，而且其特殊的疊層結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)能量耗散，降低裂紋尖端應力集中，使得多界面結(jié)構(gòu)具備更佳的增韌效果，有望解決TiAl基合金強度-塑性相互“倒置”的問題，已成為國內(nèi)外金屬材料學科領域重要的研究方向。

此外，復合化技術也是一種簡單有效和廣為使用的方法。而且，TiAl金屬間化合物的強韌化技術在今后幾十年仍然是該學科的發(fā)展重點之一。復合化技術主要通過引入合適的第二相去改善TiAl基合金的綜合性能。如連續(xù)纖維增強TiAl基合金，但纖維制造工藝復雜，纖維-基體之間的界面反應會對纖維造成損傷，而且制備成本偏高以及受纖維各向異性的影響對制品使用方向有嚴格的限制。顆粒增強TiAl基合金具有各向同性，制備工藝簡單，價格低廉，顆粒與基體的熱膨脹系數(shù)不匹配的敏感性和反應性均較小，具有更廣闊的應用前景。到目前為止，Al₂O₃、SiC、Ti₅Si₃、TiB₂等陶瓷粒子都已被用于改善TiAl基合金的性能。

但上述方法均不能保證TiAl基合金同時具備高強度和高韌性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種周期性多層合金板材及其制備方法。本發(fā)明提供的周期性多層合金板材同時具備高強度和高韌性。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：