[发明专利]一种双相强化TiAl基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属陶瓷基复合材料制造领域，具体涉及一种双相强化TiAl基复合材料的制备方法。

背景技术

双相(HoAl-Al₂O₃)强化TiAl基复合材料(HoAl-Al₂O₃/TiAl复合材料)是一种具有独特性能的新型TiAl基复合材料。这种复合材料具备航空航天领域先进材料的特性，如轻质、高强度、高刚度、抗蠕变、抗氧化等，在高温结构部件、航空飞行器用轻质材料，发动机叶片材料、可加工材料等领域有广阔的应用前景。

在基体中弥散陶瓷相是强化材料性能的方法之一。目前，有关研究是在TiAl基复合材料中引入B₂O₃、Al₂O₃、Nb₂O₅等添加剂来强化材料。引入这些氧化物的目的是：一定工艺条件下，在基体中获得弥散分布的增强相。

在强化TiAl复合材料的研究中，T.Choh，T.Mohri and M.Kobashi(T.Choh，T.Mohri and M.Kobashi.Journal of Materials Process andTechnology，1997，63：379-383)等人以Ti/Al＝3的摩尔比向(Ti+Al₂O₃)压坯中浸渗铝液，制备了Al₂O₃增强的TiAl基复合材料。此实验原料配比不易控制，而且产物中有少量未反应的铝，并且自发浸渗过程随Al₂O₃颗粒变小和含量增加变得困难。S.L.Kampe and M.L.VanMeter(S.L.Kampe andM.L.VanMeter.Scripta Metal Materials，2000，34(8)，1250-1256)等人配方中引入B₂O₃，利用放热弥散法(XD)所制备的TiB₂/TiAl复合材料中，含有一定量弥散分布的TiB₂颗粒，使材料拉伸强度得到改善。该配方下得到的复合材料增强相仅为单向TiB₂颗粒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单的双相强化TiAl基复合材料的制备方法，按本发明的制备方法得到的复合材料的强度、耐热性能及韧性均有所提高。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先按质量百分比将39.9～41.6％的Ti粉，36.8～38.5％的Al粉，15.9～17.3％的TiO₂粉末和5.6～6.6％的Ho₂O₃混合均匀制成配合料；

2)然后采用无水乙醇为介质将配合料球磨混合90min使其混合均匀得粉料，其中，行星式球磨机的转速为700～800转/分钟，料球质量比为1∶10；

3)将球磨粉料在50℃干燥，干燥后的粉体装入石墨模具中，置入热压炉中并抽真空，在真空度为10^-3MPa下烧成至1200℃，加压35MPa并保温1h后随炉冷却得到双相强化TiAl基复合材料。

本发明的无水乙醇的纯度为99.7％，20℃时密度为0.789～0.791g/cm³。

由于稀土元素具有特殊的化学结构，显示出著多独特的性质，掺杂少量稀土元素，能明显地影响金属基复合材料的结构、组织、性能与界面状况。本发明采用的金属钬不仅耐热温度高而且有一定的韧性，因此，以氧化钬的形式引入Ti-Al体系以反应热压的方式制备(HoAl-Al₂O₃)双相强化TiAl基复合材料，显著提高了材料的强度、耐热性能及韧性。采用Al、Ti、TiO₂、Ho₂O₃粉为原料，利用体系的放热反应，可以原位合成HoAl、Al₂O₃双相颗粒，共同强化TiAl基复合材料。本发明的制备方法制得的复合材料，抗弯强度和断裂韧性分别达到593.5MPa、8.74MPa·m^1/2，硬度达到496Kgf·mm^-2，增强相细化并在基体中分布均匀。

附图说明