[發明專利]一種多孔TiAl夾芯結構復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210160072.7
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114603144A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 李愛濱;劉春鳳;郜鬧鬧;趙颯;張學習;崔喜平;錢明芳;宋佳汶;耿林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;B22F3/14;B22F3/26;B22F3/11
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 裴閃閃

一種多孔TiAl夾芯結構復合材料及其制備方法。本發明屬于TiAl基復合材料及其制備領域。本發明目的在于解決多孔TiAl材料強度不高而應用范圍受限的技術問題。本發明的多孔TiAl夾芯結構復合材料從上至下依次為上面板層、第一Ti/Al界面擴散層、芯材、第二Ti/Al界面擴散層和下面板層，其中上、下面板層均為鈦基板材，芯材為多孔TiAl合金。本發明的多孔TiAl夾芯結構復合材料通過燒結浸滲法直接制備而成，通過添加兩側鈦面板以及形成芯材/面板界面的擴散連接大幅提高多孔TiAl材料的強度。以海綿鈦為原料采用燒結浸滲法在熱壓燒結爐中直接制備出多孔TiAl夾芯結構復合材料，孔隙率高，且方法簡單高效又成本低廉。

技術領域

本發明屬于TiAl基復合材料及其制備領域；具體涉及一種多孔TiAl夾芯結構復合材料及其制備方法。

背景技術

多孔TiAl金屬間化合物是一種介于高溫合金與陶瓷之間的多孔材料，兼具陶瓷和金屬的優良性能，既可以應用于強腐蝕和強氧化等苛刻環境，也適用于隔熱或散熱的高溫情況。為了增強多孔材料的強度，滿足裝備輕質結構要求較高的航空和船舶等領域的應用，有必要制備以多孔TiAl合金為芯材、以堅固致密金屬為兩側面板的三明治結構復合材料。

典型的三明治夾芯結構復合材料通常由面板和芯材構成，而面板和芯材連接的常用方法是粘結法和焊接法。首先它們都要先制備出多孔芯材，然后分別通過膠粘和焊接的工藝將金屬面板連接到多孔材料兩側。對于膠粘粘結法而言，粘結劑耐高溫能力差并且容易老化，從而導致其整體結構性能表現不佳；而焊接法難以進行高空隙的多孔材料與金屬面板的連接，并且工藝復雜。如何強化多孔材料與面板的結合強度，怎樣簡化制備工藝，實現不再通過膠粘粘結或焊接工藝將芯材和面板連接一體，是制備三明治夾芯結構復合材料面臨亟待解決的問題。因此，高效快捷地制備優質多孔TiAl夾芯三明治結構復合材料變得尤為重要。

發明內容

本發明目的在于解決多孔TiAl材料強度不高而應用范圍受限的技術問題，而提供了一種多孔TiAl夾芯結構復合材料及其制備方法。

本發明的一種多孔TiAl夾芯結構復合材料從上至下依次為上面板層、第一Ti/Al界面擴散層、芯材、第二Ti/Al界面擴散層和下面板層，其中上、下面板層均為鈦基板材，芯材為多孔TiAl合金。

進一步限定，所述鈦基板材為純鈦板或鈦合金板，所述上、下面板層厚度相同，均為0.5mm～5mm。

進一步限定，所述多孔TiAl合金的孔隙率為50.2％～76.6％，厚度為25mm～80mm。

進一步限定，所述第一界面擴散層厚度和第二界面擴散層厚度相同，均為1.9μm～18.5μm。

本發明的一種多孔TiAl夾芯結構復合材料的制備方法按以下步驟進行：

步驟1、固態熱壓燒結：按鈦基板材、鋁板、不規則海綿鈦粉、鋁板和鈦基板材的順序依次層疊置于模具中，然后將模具放入真空熱壓燒結爐中進行真空熱壓燒結，在鈦基板材和鋁板的界面處生成第一Ti/Al界面擴散層和第二Ti/Al界面擴散層；

步驟2、液態鋁低溫無壓浸滲：無壓條件下繼續升溫至660℃～680℃，并在該溫度下保溫20min～30min，形成Ti-Al復合體；

步驟3：高溫造孔：繼續升溫至900℃～1250℃，并在該溫度下保溫2h～3h，形成多孔TiAl合金，從而得到多孔TiAl夾芯結構復合材料。

進一步限定，步驟1中所述不規則海綿鈦粉的質量與兩層鋁板總質量的比為1：(0.56～1.69)。

進一步限定，步驟1中所述不規則海綿鈦粉的粒徑為60μm～120μm，所述鋁板厚度為3mm～10mm。

進一步限定，步驟1中所述真空熱壓燒結的條件為：溫度為600℃～640℃，壓力為3MPa～5MPa，時間為0.5h～1h。