[发明专利]一种碳/碳复合材料与钛合金连接用合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异质材料连接用合金，特别是一种碳/碳复合材料与钛合金连接用合金。

背景技术

碳/碳复合材料是一种以碳纤维增强碳基体的先进复合材料，具有质量轻、比强度高、热膨胀系数低、尺寸稳定性好、耐腐蚀等优异性能。特别是其高温力学性能尤显突出，在2000℃温度以下，其强度随温度的升高不仅不下降反而有所升高，是一种非常优异的高温结构材料。钛合金是一种金属材料，具有质量轻、韧性好、耐高温、耐腐蚀等性能，是一种优异的航空、航天用结构材料。碳/碳复合材料与钛合金的连接件兼具碳/碳复合材料和钛合金的优异性能，在航空、航天、化工等领域具有广阔的应用前景。但连接问题是制约其应用的瓶颈问题。

碳/碳复合材料与钛合金连接，必需解决两个关键问题。其一是碳/碳复合材料与钛合金的化学相容性问题。钛合金中的钛是一种活性金属元素，在高温下易与碳/碳复合材料中的碳发生剧烈反应，生成结构、形态难以控制的碳化物，影响碳/碳复合材料与钛合金连接界面的结合。其次是碳/碳复合材料和钛合金的物理相容性问题。碳/碳复合材料与钛合金之间存在热膨胀的差异。与钛合金相比，碳/碳复合材料的热膨胀系数小一个数量级。在温变过程中，这种差异引致的连接界面热应力集中，将可能引起界面剥离、脱离，最终导致连接失效。因此，急需一种对碳/碳复合材料和钛合金均具有较好的化学相容性，同时具有较好物理相容性的连接用合金。

发明目的

本发明的目的是提供一种连接用合金及其制备方法，改进碳/碳复合材料与钛合金之间的化学相容性和物理相容性，促进两者之间的连接。

本发明是采用下述方案实现的：

1)按合金元素重量百分比：Cu 36～64％、Ag 32～60％、Cr 2～6％、Ti 2～10％；

2)在1320～1600℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭；

3)采用气体雾化制粉方法，在1320～1600℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉、筛分，即得本发明的碳/碳复合材料与钛合金连接用合金。

本发明中，所述碳/碳复合材料可以是碳纤维针刺整体毡增强碳/碳复合材料或碳纤维三维穿刺毡增强碳/碳复合材料中的一种，碳/碳复合材料的表观密度为1.65g/cm³～1.92g/cm³。

本发明中，所述钛合金可以是TC4钛合金或TA2钛合金中的一种。

本发明由于采用上述工艺方法，因而，具有如下优点和积极效果：

1、加入Cr、Ti等碳化物生成元素，改善连接合金对碳/碳复合材料的化学相容性。

2、加入Cu、Ag等元素，降低连接合金的熔化温度，提高连接合金的延展性能，有利于连接界面热应力的松弛，改善连接合金对钛合金的物理相容性。

3、采用真空感应熔炼、铸锭+气体雾法制粉方法，确保合金成分的均匀性。

4、采用本发明的连接用合金能够在碳/碳复合材料与钛合金之间形成冶金结合的连接界面。

综上所述，本发明能够改善碳/碳复合材料和钛合金的化学、物理相容性，促进碳/碳复合材料和钛合金的连接。

附图说明

图1为碳/碳复合材料与钛合金连接用合金制备工艺流程图；

图2为采用本发明的连接用合金制备的碳/碳复合材料与钛合金连接界面；

图3为连接界面接近钛合金区的微观形貌；

图4为连接界面接近碳/碳复合材料区的微观形貌。

具体实施方式

实施例1

首先，按重量百分比：Cu 37％、Ag 59％、Cr 2％、Ti 2％配制成合金原料。其次，将合金原料置于真空感应加热炉内，在1320～1550℃、小于10Pa的真空度下熔炼、浇铸成锭。再次，将铸锭置于气体雾化制粉装置中，在1320～1550℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉。最后，将制得的合金粉末筛选分级，即得本发明的碳/碳复合材料与钛合金用连接合金。

实施例2

首先，按重量百分比：Cu 42％、Ag 52％、Cr 2％、Ti 4％配制成合金原料。其次，将合金原料置于真空感应加热炉内，在1320～1500℃、小于10Pa的真空度下熔炼、浇铸成锭。再次，将铸锭置于气体雾化制粉装置中，在1320～1500℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉。最后，将制得的合金粉末筛选分级，即得本发明的碳/碳复合材料与钛合金用连接合金。

实施例3