[發明專利]一種超薄超塑脆性板材的制備方法

在審

• 申請號: 201910307232.4
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN109913781A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 吳昊;劉壯壯;周港懷;張浩天;劉陽;張學謙
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22F1/04;C22F1/02;B21C37/02
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 李茜

一種超薄超塑脆性板材的制備方法，涉及脆性板材的制備方法。本發明要解決航空航天用Ti₃Al脆性板材難以加工及力學性能較差的難題。方法：一、元素箔材表面預處理；二、元素箔材熱壓連接；三、元素箔材反應熱處理。本發明通過控制元素箔的相對厚度，實現了超薄超塑Ti₃Al層的可控合成，制備過程無污染，氧含量低，材料致密，組織細小，生產工藝簡單易行。本發明用于脆性板材的制備成形領域。

技術領域

本發明涉及脆性板材的制備方法。

背景技術

Ti₃Al金屬間化合物及其合金具有低密度、比強度比模量高、抗蠕變性能優異等優點，能夠滿足航空航天及高超音速飛行器對性能提高和結構減重的雙重需求，是一種極具發展潛力的高溫結構材料，并有望填補高溫鈦合金和鎳基合金的服役溫度空白。然而，Ti₃Al金屬間化合物所固有的長程有序原子排列方式使其位錯的增殖和交互作用極為困難，甚至基本喪失了加工硬化及室溫加工性能。因此，脆性Ti₃Al的可控成形已成為限制其工業應用的瓶頸問題。如何在提升Ti₃Al力學性能的基礎上實現板材的可控成形仍存在技術挑戰。

發明內容

本發明要解決航空航天用Ti₃Al脆性板材難以加工及力學性能較差的問題，而提供了一種超薄超塑脆性板材的制備方法。

本發明的一種超薄超塑脆性板材的制備方法是按以下步驟進行：

一、元素箔材表面預處理。分別使用HF溶液和NaOH溶液將純Ti箔和純Al箔腐蝕至50~500μm和10~100μm，依次在丙酮和乙醇中超聲清洗并烘干。用于腐蝕的HF酸體積濃度為3%~20%，NaOH腐蝕液的質量濃度為3%~20%;

二、元素箔材熱壓連接。將步驟一處理后的純Ti箔和純Al箔交替疊層，最外層均為Ti層，置于真空熱壓燒結爐中熱壓連接。熱壓溫度為300~600℃，施加30~100MPa的壓力并保壓0.5~5h；

三、元素箔材反應熱處理。將步驟二得到的Ti-Al基復合材料板材在10^-3~10^-1Pa的真空環境中進行低溫/高溫兩步熱處理。首先控制低溫熱處理溫度為550~700℃，保溫0.1~5h，再升溫至900~1300℃進行高溫熱處理，施加20~40MPa的壓力并保壓0.5~5h。即制備出層狀結構Ti-Ti₃Al復合材料板材，其中脆性Ti₃Al層的厚度為6~15μm，沿其法線方向包含1~3個Ti₃Al晶粒。

本發明的有益效果是：(1) 本發明通過控制鋁元素箔的厚度，實現了超薄超塑Ti₃Al層的可控合成；(2) 采用本發明可以實現高性能Ti₃Al/Ti層狀復合材料板材的近凈成形，避免了對脆性鈦鋁金屬間化合物的直接軋制變形；(3) 本發明利用真空反應退火，合成的材料氧含量低，無污染，材料致密，組織細小；(4) 生產工藝簡單易行，反應速率快，合成周期短。

附圖說明

圖1為實施例制備的Ti₃Al/Ti層狀復合材料板材的金相顯微組織。

圖2為實施例制備的Ti₃Al/Ti層狀復合材料板材的電子背散射衍射照片。

圖3為實施例制備的Ti₃Al/Ti層狀復合材料板材在原位加載至9%宏觀應變下的微觀組織。

圖4為實施例制備的Ti₃Al/Ti層狀復合材料板材在原位加載至2.5%宏觀應變下的微觀應變分布圖。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。