[發明專利]一種鈦鋁基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011310297.3
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112410642A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 李明驁;肖樹龍;周濤;徐麗娟;胡勵;時來鑫;李娟;任科研
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C21/00;C22C14/00;C22C32/00;C22C1/10
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕;李勇

本發明公開了一種鈦鋁基復合材料，按重量百分比計包括如下組分：43～51％的Al，2～6％的Cr，2～4％的Nb，B和C的重量百分比之和為3～8％，余量Ti；所述B和C的重量比為1～4：1。其能夠強化鈦鋁合金基體，改善鈦鋁基復合材料的室溫力學性能。還公開了上述鈦鋁基復合材料的制備方法。

技術領域

本發明涉及合金材料，具體涉及鈦鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

TiAl合金具有較高的比強度、優異的抗蠕變性能及高溫抗氧化性，同時其密度較低，在航空航天、軍工等領域能夠實現工程構件的大規模減重，因此在航空航天、航海等領域具有巨大的應用潛力。目前鎳基合金及鈦合金等高溫結構材料在實際工程領域得到了廣泛的應用，與鎳基合金及鈦合金相比，TiAl合金具有以下優點：1、鎳基合金及鈦合金的密度分別為7.9-9.5g/cm³及4.5g/cm³，而TiAl合金的密度不高于4g/cm³；2、TiAl合金的彈性模量及高溫抗氧化性能與鎳基高溫合金相近，遠高于鈦合金。

TiAl合金的優異力學性能將促使其在未來廣泛地應用于航空航天飛行器的重要結構部件上。美國GE公司采用TiAl合金制備了波音787大型客機的增壓渦輪發動機葉片，并已經成功應用，實現了發動機的大規模減重。日本三菱重工集團研發出具有優異熱變形行為的TiAl-Mn-V成分合金，通過添加高含量的Mn、V等元素穩定了熱加工過程，促使變形合金獲得了優異的力學性能。俄羅斯超塑性研究所已經通過一種新的低溫軋制工藝成功制備出了力學性能優異的TiAl合金板材。

雖然TiAl合金已經成功在航空航天、軍工等領域得到應用，但是作為有序金屬間化合物，TiAl合金具有較大室溫脆性，導致其室溫斷裂韌性、塑性較差，阻礙了該材料的進一步發展和應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈦鋁基復合材料及其制備方法，其能夠強化鈦鋁合金基體，改善鈦鋁基復合材料的室溫力學性能。

本發明所述的鈦鋁基復合材料，按重量百分比計包括如下組分：43～51％的Al，2～6％的Cr，2～4％的Nb，B和C的重量百分比之和為3～8％，余量Ti；所述B和C的重量比為1～4：1。

進一步，按重量百分比計包括如下組分：47～49％的Al，2～3％的Cr，2～2.5％的Nb，B和C的重量百分比之和為5～7％，余量Ti，所述B和C的重量比為2：1。

進一步，按重量百分比計包括如下組分：48％的Al，2％的Cr，2％的Nb，4％的B，2％的C，余量為Ti。

一種鈦鋁基復合材料的制備方法，其包括如下步驟：

S1，稱料，按照上述的元素組分重量百分比稱取海綿鈦、體積≤5cm³的鋁塊、鉻粉、鋁鈮中間合金、含硼原材料和含碳原材料，含硼原材料為硼粉、TiB₂粉或B₄C粉，含碳原材料為碳粉、TiC粉或B₄C粉。

S2，布料，將海綿鈦平均分為兩份，先將其中一份加入到熔煉爐的坩堝中，再將鉻粉和鋁鈮中間合金混合均勻，平鋪在坩堝內的海綿鈦上面，再加入另一份海綿鈦，將鋁塊放置于位于上方的海綿鈦上，將含硼原材料和含碳原材料置入二次加料斗內。

S3，熔煉，加熱至坩堝內的混合材料完全熔化，得到合金熔體，然后將二次加料斗內的含硼原材料和含碳原材料加入到合金熔體中，在熔化溫度下保溫20～25min，澆鑄得到鈦鋁基復合材料。

進一步，所述S1中含硼原材料為粒徑≤75μm的B₄C粉，含碳原材料為粒徑≤60μm的碳粉，純度大于99.99wt.％。