[發明專利]一種SiC纖維增強鈦基復合材料空心軸及制備方法

有效

• 申請號: 202010062407.2
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111250712B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 羅賢;楊延清;朱玉然;王友其;陳彥
• 申請（專利權）人: 威海藍谷材料分析研究院有限公司
• 主分類號: B22F5/10
• 分類號: B22F5/10;B22F3/15;C22C49/11;C22C49/14;C22C47/04;C22C47/14;C22C101/14
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種SiC纖維增強鈦基復合材料空心軸的制備方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1：采用物理氣相沉積法將鈦合金涂覆到連續SiC纖維表面；鈦合金涂層厚度為20～40μm；所述SiC纖維為化學氣相沉積法制備的鎢芯β-SiC纖維，其表面有2-4μm厚的熱解碳涂層；

步驟2：用與SiC纖維表面鈦合金涂層相同的鈦合金加工出軸的外壁(3)和內壁(1)，軸的內壁的外表面加工出一系列角度為30-45°的互相之間為平行的螺旋狀鈦合金棱(6)，將軸的內壁(1)套入軸外壁(3)中，各棱邊之間的水平間距為5-10mm，棱的厚度在0.8-1.4mm之間，用于排布和固定有鈦合金涂層的SiC纖維；

步驟3：將步驟1中所得的有鈦合金涂層的SiC纖維(5)剪切成制備軸所需要的片段若干，并將這些有鈦合金涂層的SiC纖維(5)并排在一起，然后將其填入軸的內壁(1)的外表面所預留的所有凹槽內；外壁和內壁之間的SiC纖維(5)增強鈦基復合材料區域為軸的主體部分，通過在內壁的外表面加工螺旋狀鈦合金棱，實現了將SiC纖維沿軸向呈30-45°角度的螺旋式的排布方式，由于空心軸工作時主要承受扭轉應力，而這種排布方式有利于軸工作時發揮纖維在軸向的最大抗拉強度，從而顯著提升軸的使用性能；

步驟4：對內壁(1)和外壁(3)之間的SiC纖維增強鈦基復合材料區域進行真空封焊，得到軸的預制體；采用真空電子束焊工藝技術，將軸的內壁(1)與外壁(3)之間的部分抽到1.0×10^-3Pa以上的真空度后，采用和空心軸相同的鈦合金材料(8)進行堆焊；或將軸的內壁與外壁之間先用鈦合金通過氬弧焊封住，留一個直徑為3-6mm的小孔，該小孔通過氬弧焊連接一個鈦合金管，用于連接抽真空的設備進行抽真空，當軸的內壁與外壁之間的區域為1.0×10^-3Pa以上的高真空時，將鈦合金管通過電阻焊進行密封；

步驟5：采用熱等靜壓工藝對步驟4所完成的軸的預制體進行高溫熱壓成形，得到軸的毛坯件；

步驟6：對毛坯件進行機械精加工，得到所需尺寸的SiC纖維增強鈦基復合材料空心軸。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟5熱等靜壓工藝根據具體鈦合金的種類或牌號而定，溫度控制在800-1100℃之間，熱壓壓力為100-150MPa，時間為1-3小時。

3.一種根據權利要求1-2中任一項所述的SiC纖維增強鈦基復合材料空心軸的制備方法制備的SiC纖維增強鈦基復合材料空心軸，其特征在于：包括內壁(1)、外壁(3)與中間區域；內壁(1)和外壁(3)為鈦合金，中間區域為SiC纖維增強鈦基復合材料(2)；所述內壁(1)的鈦合金的外表面，與SiC纖維增強鈦基復合材料(2)銜接的界面設有沿軸向呈角度螺旋式排布的一系列鈦合金棱(6)；所述SiC纖維增強鈦基復合材料(2)沿鈦合金棱(6)呈角度螺旋式排布。

4.根據權利要求3所述SiC纖維增強鈦基復合材料空心軸，其特征在于：所述SiC纖維增強鈦基復合材料(2)的基體與內壁(1)和外壁(3)的鈦合金相同。