高致密化定向排列Ti

摘要

本发明公开了高致密化定向排列Ti

说明书

技术领域

本发明涉及钛铝复合材料技术领域，具体的说是高致密化定向排列Ti

背景技术

TiAl合金具有密度低、熔点高、比强度和比模量高等特点，服役温度为700~900℃，可用于制造壳体、喷气发动机和低压涡轮叶片等航空航天、汽车工业高温部件，被认为是新一代轻质耐高温结构材料的典型代表。然而，TiAl合金的低塑性和低断裂韧性等缺点导致其热加工性能差，极易开裂，所以TiAl合金的成型难度很大，严重限制了其应用化进程。为弥补TiAl合金的性能缺陷，能够实现材料性能互补，发挥“协同作用”的复合化技术引起了研究学者的关注。在适用于TiAl合金的多种增强相中，Ti

目前多数的Ti

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供定向排列Ti

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

高致密化定向排列Ti

高致密化定向排列Ti

（1）、单层/少层石墨烯纳米片的制备：将多层石墨烯纳米片加入到无水乙醇中，通过超声分散得到单层/少层石墨烯纳米片；

（2）、复合粉体的制备：将Ti粉、Al粉以及步骤（1）得到的单层/少层石墨烯纳米片低能球磨均匀并真空干燥，即得到复合粉体，其中，复合粉体中Ti、Al和C元素的原子百分比为52: (44~46): (2~4)；

（3）、复合粉体包套坯料的制备：将步骤（2）制备的复合粉体置于包套内，对其进行室温压制和真空密封，得到复合粉体包套坯料；

（4）、层状TiAl/C棒材的制备：对步骤（3）得到的粉体包套坯料预热后进行半固态热挤压变形，即得到层状TiAl/C棒材；

（5）、定向排列Ti

（6）、高致密化处理：将步骤（5）得到的定向排列Ti

进一步地，其特征在于，步骤（1）中，超声功率为480W，超声时间为4h，分散后的单层/少层石墨烯纳米片的厚度为2~6nm，片径为3~8μm。

进一步地，其特征在于，步骤（2）中，所选取的Ti粉和Al粉均为平均粒径5~25μm的球状纯粉。

进一步地，其特征在于，步骤（2）中，采用滚筒式球磨机，低能球磨过程以无水乙醇为过程控制剂，5mm氧化锆球作为球磨介质，球料质量比为25: 1，转速为80rpm，球磨时间为10h。

进一步地，其特征在于，步骤（3）中，复合粉末室温压制时的单轴压力为400~500MPa，保压时间为5~10min，真空密封得到复合粉体包套坯料。

进一步地，其特征在于，步骤（4）中，预热温度和半固态热挤压温度均介于铝固相线和液相线温度之间，预热的保温时间为1~2h，半固态热挤压的挤压比为5~15: 1。

进一步地，其特征在于，步骤（5）中，真空烧结的具体参数为：以10℃/min的升温速率加热至1300~1350℃并保温1~2h。

进一步地，其特征在于，步骤（6）中，热轧制方向垂直于复合材料的层状方向，热轧温度为1200~1250℃，轧制速度为0.2~0.5m/s，单道次轧变形量控制在1~4%，复合材料的总轧制变形量为20~40%。

有益效果：

(1)、本发明先通过直接对球磨混粉制备出的复合粉体进行半固态热挤压处理得到层状TiAl/C棒材，后通过真空烧结反应和多道次热轧制大幅提升定向排列Ti

(2)、相较于传统的弥散分布Ti

(3)、本发明受贝壳珍珠层状结构的启发，选取球磨后的复合粉末为原料，经半固态热挤压变形技术，真空烧结以及热轧制获得高致密化定向排列Ti

附图说明

图1是高致密化定向排列Ti

图2是高致密化定向排列Ti

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明受贝壳珍珠层结构的启发，提出定向排列Ti

本发明的工艺路线图如图1所示，复合粉末制备→半固态热挤压→真空烧结→热轧制，基于Ti-Al-C反应体系制备出高致密化定向排列Ti

高致密化定向排列Ti

步骤（1）、单层/少层石墨烯纳米片的制备：将多层石墨烯纳米片加入到无水乙醇中，通过超声分散，然后静止分层以及过滤干燥得到单层或少层的石墨烯纳米片。超声分散的功率为480W，超声时间为4h，分散后的单层/少层石墨烯纳米片的厚度为2~6nm，片经为3~8μm；

步骤（2）、复合粉体的制备：对Ti粉、Al粉及单层/少层石墨烯纳米片低能球磨均匀并真空干燥，即得到复合粉体，复合粉体中Ti、Al和C元素的原子百分比为52: (44~46): (2~4)；Ti粉和Al粉均为平均粒径为5~25μm的球状纯粉；球磨过程以无水乙醇作为过程控制剂，5mm氧化锆球作为球磨介质，球料比为25: 1，球磨转速为80rpm，时间为10h，球磨得到的混合粉末置于恒温65℃的真空干燥箱中处理12h即得到复合粉体；

步骤（3）、复合粉体包套坯料的制备：将制备的复合粉体置于包套内，进行单轴压力为400~500MPa、保压时间为5~10min的室温压制得到初期坯料，然后除气真空密封得到复合粉体包套坯料。

步骤（4）、层状TiAl/C棒材的制备：对粉体包套坯料预热后进行半固态热挤压处理，即得到层状TiAl/C棒材棒材，其中，预热温度和半固态热挤压温度均介于铝固相线和液相线温度之间，预热处理的保温时间为1~2h，半固态热挤压的挤压比为5~15: 1；预热处理后的半固态Ti/Al/C粉容易变形，经热挤压后，形成以半固态层状Ti/Al/C粉为组织的定向排列TiAl/C棒材。

步骤（5）、定向排列Ti

步骤（6）、高致密化处理：对定向排列Ti

本发明的高致密化定向排列Ti

实施例1

高致密化定向排列Ti

步骤（1）、单层/少层石墨烯纳米片的制备：将多层石墨烯纳米片加入到无水乙醇中，通过超声分散，然后静止分层以及过滤干燥得到单层或少层的石墨烯纳米片。超声分散的功率为480W，超声时间为4h，分散后的单层/少层石墨烯纳米片的厚度为2~6nm，片经为3~8μm；

步骤（2）、复合粉体的制备：对Ti粉、Al粉及单层/少层石墨烯纳米片低能球磨均匀并真空干燥，即得到复合粉体，复合粉体中Ti、Al和C元素的原子百分比为52: 46: 2；Ti粉和Al粉均为平均粒径为20μm的球状纯粉；球磨过程以无水乙醇作为过程控制剂，5mm氧化锆球作为球磨介质，球料比为25: 1，球磨转速为80rpm，时间为10h，球磨得到的混合粉末置于恒温65℃的真空干燥箱中处理12h即得到复合粉体；

步骤（3）、复合粉体包套坯料的制备：将制备的复合粉体置于包套内，进行单轴压力为450MPa、保压时间为10min的室温压制得到初期坯料，然后除气真空密封得到复合粉体包套坯料。

步骤（4）、层状TiAl/C棒材的制备：对粉体包套坯料预热后进行半固态热挤压变形处理，即得到层状TiAl/C棒材，其中，预热温度和半固态热挤压变形温度均介于铝固相线和液相线温度之间，预热处理的保温时间为2h，半固态热挤压变形的挤压比为10: 1；

步骤（5）、定向排列Ti

步骤（6）、高致密化处理：对定向排列Ti

实施例2

实施例2和实施例1的不同之处在于：步骤（2）中，Ti粉和Al粉的平均粒径为10μm，从而制备出晶粒尺寸细小，性能更优的定向排列Ti

实施例3

实施例3和实施例1的不同之处在于：步骤（2）中的Ti粉，Al粉和单层/少层石墨烯纳米片粉的原子百分比为52: 44: 4，从而获得体积分数更大以及层数更多的定向排列Ti

实施例4

实施例4和实施例1的不同之处在于：步骤（4）中的半固态热挤压变形的挤压比为15:1，更大的挤压比使得制备出厚度方向层厚更薄的层状TiAl/C棒材。

实施例5

实施例5和实施例1的不同之处在于：步骤（6）中，热轧制温度控制在1200℃，轧制速度为0.2m/s，单次轧制变形量选取1%，轧制总变形量为40%，避免单次轧制量大而开裂，可得到层厚更小且致密的Ti

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。