[發明專利]一種利用超聲波增材與熱等靜壓制備微疊層復合材料的方法及其應用

在審

• 申請號: 201911253329.8
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110744184A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 王娟;李亞江;王勛鴻
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/10;B23K103/16
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭平

本發明屬于微疊層復合材料的制備技術領域，尤其涉及一種利用超聲波增材與熱等靜壓制備微疊層復合材料的方法及其應用。所述方法步驟如下：(1)將第一金屬層固定在預熱的基板上，然后將第二金屬層置于第一金屬層上，完成后將超聲波發生器在第二金屬層表面滾動，使第一金屬層和第二金屬層在軋制壓力和超聲波振動作用下實現焊合；(2)將步驟(1)得到的疊層材料進行熱等靜壓保溫處理，即得。本發明的利用超聲波焊接的低溫成形特點，使金屬層與層之間的接觸界面通過振動、摩擦等作用使金屬原子產生擴散，實現固態冶金結合。采用熱等靜壓技術在疊層復合材料上下表面施加壓力，實現致密度高、均勻性好、性能優異的微疊層復合材料的制備。

技術領域

本發明屬于微疊層復合材料的制備技術領域，尤其涉及一種利用超聲波增材與熱等靜壓制備微疊層復合材料的方法及其應用。

背景技術

本發明背景技術中公開的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

微疊層復合材料主要由多層微米級材料疊加而成，具有多個界面，同時每層界面之間的間距非常小，在多界面及小層間距共同作用下，微疊層復合材料的綜合性能遠遠高于單一材料。其中鈦-鋁微疊層材料可以依靠耐高溫鈦提供高溫強度和蠕變抗力，而利用金屬鋁作為韌化元素，從而很好地克服了純鈦脆性大和純鋁強度低的缺點。因此，鈦-鋁微疊層材料以其低密度、高的常溫和高溫強度、高的耐磨性以及高溫抗腐蝕性強等特點備受關注。

微疊層復合材料的制備方法主要有熱壓-擴散復合法、軋制法、真空燒結和電子束物理氣相沉積法等。熱壓擴散復合法是將兩種不同材料的箔片交替疊放在模具中，而后加熱加壓進行擴散復合，材料的層與層之間發生化學反應或原子間相互擴散而形成疊層復合材料。但對于熔點差別較大的復合金屬，如鈦和鋁，由于熔點較低的鋁擴散速率會高于熔點較高鈦的擴散速率，導致在鋁金屬層中易出現空位聚集。軋制法是對兩種材料施加壓力進行軋制變形，僅在壓力的作用下使不同金屬復合的工藝方法。一般在冷軋過程中，兩種金屬間通常不會發生反應，所以為制備界面結合力較高的疊層復合材料，通常采用后續退火處理。真空燒結是在一定的真空度情況下燒結，真空燒結其孔隙率相對較低，燒結密度高，但對于易氧化的鈦則需要較高的真空度；電子束物理氣相沉積法是在真空條件下，采用電子束高能轟擊鍍料，使金屬、金屬合金或化合物蒸發成氣相，然后沉積在基體表面上，沉積層與基體結合力強，但沉積層厚度較薄。真空燒結和電子束物理氣相沉積法都需要真空或高溫環境，周期長，成本和能耗較高。

發明內容

本發明解決的技術問題是克服疊層界面之間存在空位聚集和材料致密度不高的缺陷。針對上述問題，本發明提供一種利用超聲波增材與熱等靜壓制備微疊層復合材料的方法及其應用，該方法具有效率高，疊層界面結合優良的技術優勢。

本發明的目的之一，提供一種利用超聲波增材與熱等靜壓制備微疊層復合材料的方法。

本發明的目的之二，提供所述利用超聲波增材與熱等靜壓制備微疊層復合材料的方法應用。

為實現上述發明目的，本發明公開了下述技術方案：

首先，本發明公開一種利用超聲波增材與熱等靜壓制備微疊層復合材料的方法，步驟如下：

(1)將第一金屬層固定在預熱的基板上，然后將第二金屬層置于第一金屬層上，完成后將超聲波發生器在第二金屬層表面滾動，使第一金屬層和第二金屬層在軋制壓力和超聲波振動作用下實現焊合；組成第一金屬層、第二金屬層的金屬擴散速率不同；

(2)將步驟(1)得到的疊層材料進行熱等靜壓保溫處理，即得。