[發明專利]一種調控鈦基復合材料增強體層狀分布的方法

在審

• 申請號: 201910307233.9
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN109940944A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 吳昊;胡海波;張浩天;周港懷;劉陽;張學謙
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B15/20;B32B37/06;B32B37/10;B32B38/18;B32B38/00
• 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

一種調控鈦基復合材料增強體層狀分布的方法，涉及金屬基復合材料增強體分布方式及調控的技術方法。本發明要解決金屬基復合材料工業生產中存在的增強體層狀分布難以控制的難題。方法：一、鈦基復合材料箔與純鋁箔的打磨與表面處理；二、熱壓連接；三、反應熱處理，利用元素擴散產生的推擠作用實現增強體的層狀可控分布，并確保了增強體與基體界面的有效連接。本發明基于真空反應退火技術，合成的材料氧含量低，無污染，材料致密，組織細小且增強體分布可控，反應速率快，合成周期短。本發明用于高性能金屬基復合材料的制備領域。

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料增強體分布方式及調控的技術方法。

背景技術

中國是工程機械設備的制造大國。金屬材料制造業是機械工業的核心，是事關國家經濟安全、國防安全的戰略性支柱產業。集成和發展輕質、高強、高韌的金屬復合材料是國內外科研工作者的不懈追求。過去幾十年的研究主要集中在利用細晶強化、固溶強化、彌散強化等方式提高材料的力學性能，但實踐證明僅靠單一地調整材料微觀組織/結構尺度的傳統材料設計思路往往會導致材料強度與塑/韌性的失調。2010年中科院金屬所盧柯院士提出了金屬材料多尺度構型設計理論，嘗試將傳統的“盡可能均勻的增強體分布方式”轉變為新型的“具有特定異質結構（如層狀分布）的不均勻的增強體分布方式”，以期獲得性能更為優異的金屬基復合材料。該研究思路已在Cu/Al等金屬/金屬層狀復合材料中得到驗證，但在金屬基復合材料中實現增強體分布的可控層狀調控仍存在技術難題。

發明內容

本發明要解決高性能金屬基復合材料工業生產中存在的增強體層狀分布難以控制的問題，而提供了一種鈦基復合材料增強體分布方式及調控的技術方法。

本發明的調控鈦基復合材料增強體層狀分布的方法是按以下步驟進行：

一、將Ti基復合材料和純Al板打磨成Ti基復合材料箔和純Al箔，分別使用體積濃度為3%~20%的HF溶液和質量濃度為3%~20%的NaOH溶液進行表面處理，再將Ti基復合材料箔和純Al箔依次在丙酮和乙醇中超聲清洗并烘干。表面處理后的純Al箔厚度為50μm~300μm，Ti基復合材料和純Al板的厚度比為1~9;

二、將步驟一處理后的Ti基復合材料箔和純Al箔交替疊層，包套置于石墨模具中，在真空熱壓燒結爐中進行熱壓連接，控制熱壓溫度為350℃~600℃，壓力為20MPa~100MPa，保溫時間為1h~3h。熱壓所用包套是由純鈦制成的；

三、將步驟二得到的Ti-Al基復合材料板材放入真空熱壓爐中進行熱處理，控制熱處理溫度為550℃~800℃，保溫1h~10h，再升溫至1000℃~1400℃進行高溫熱處理，施加20MPa~70MPa的壓力并保壓1h~5h。利用Ti和Al元素的相互擴散實現了鈦基復合材料增強體層狀分布的目的。

本發明的有益效果是：(1) 本發明利用元素擴散產生的推擠作用，實現了增強體的層狀可控分布，并確保了增強體與基體界面的有效連接；(2) 本發明將多層Ti-Al復合板密封于純鈦的包套中，有效地防止石墨模具參與反應并造成污染；(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，組織細小且增強體分布可控；(4) 反應速率快，合成周期短。

附圖說明

圖1為實施例制備的增強體呈層狀分布的TiB/Ti基復合材料的微觀組織。

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。

具體實施方式一：本實施方式的一種調控鈦基復合材料增強體層狀分布的方法是按以下步驟進行：