[发明专利]NiAl基复合材料板材轧制成形技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的复合材料制备工艺，尤其涉及，主要应用于NiAl基复 合材料的加工制备。

背景技术

长程有序金属间化合物NiAl是β相电子化合物，熔点为1638℃，密度为 8.902g/cm3，杨氏模量为294Gpa，在20～1100℃内热导率为70～80W/m·K， 是镍基高温合金的4～8倍。NiAl合金具有较好的高温抗氧化性及耐腐蚀性等优 点。NiAl合金作为高温结构材料，有望取代现有的镍基及铁基高温合金，应用 于更高的温度和更恶劣的环境中。

NiAl基合金的铸件和锻件主要应用于航空航天发动机的叶片等部件；而 TiAl基合金板材除了有望在航天和军事领域大量地直接用作结构材料外，还可 以用作超塑性成型的预成形材料，制备航空和航天发动机的零部件以及超高速 飞行器的翼和壳体等。NiAl基合金板材的制备是NiAl基合金实用化研究中最为 重要的课题之一。然而，由于NiAl基合金具有本质脆性，制备NiAl基合金板 材的难度很大。另外，NiAl基合金较低的室温强度、塑性和韧性，也限制了它 的实际应用。

近几十年来，NiAl基合金一直是世界各国非常关注并投入大量人力和物力 进行开发研究的热点高温结构材料。在基础研究方面，工作重点集中的两个方 面：第一，通过提出新的加工工艺(特殊轧制技术、粉末冶金活化加工技术、 铸轧技术和等离子喷涂等)，提高NiAl基合金板材的成形性能；第二，通过加 入合金元素或引入陶瓷增强相，进一步提高NiAl基合金的室温和高温强度和模 量，提高合金的使用温度，同时改善材料的塑性。

近几十年发展起来的利用纯镍和纯铝箔多层轧制复合和热处理技术制备 NiAl基合金板方法，为NiAl基合金板材的制备和应用开辟了新的途径，这方面 的研究受到美国，德国和意大利等为主的研究强国的重视，是NiAl基合金板材 研究的重要发展趋势之一。

已发表的文献表明，采用多层轧制复合和热处理技术制备NiAl基合金多层 复合板的研究目前存在的主要问题是：1、镍和铝的塑性变形抗力相差很大，在 多层复合板材轧制过程中不能保证镍和铝的协调变形，使得到的NiAl基合金板 材的组织均匀性和可控性不能得到保证；2、由于采用镍箔和铝箔为原始材料， 不可避免的在所得到的NiAl基合金板材中存在较大的内氧化现象，且组织致密 性不能得到保证；3、界面元素扩散和界面化学反应定量控制问题。

NiAl基复合材料比NiAl基合金具有更好的比强度、比刚度和耐高温性能。 因此，在航空、航天和军事领域应用更加广泛。NiAl基复合材料的实用化可以 大幅度提高飞行器和武器装备的轻型化和高性能化进程。NiAl基复合材料板材 以其更加优异的轻质、高强、耐热、成形等性能，在航空、航天和军事领域耐 热结构和热防护系统结构中有重要应用前景，在高性能航空航天发动机很多耐 热结构和部件中有重要应用价值。

为了进一步提高NiAl基合金的室温和高温中和力学性能，人们又提出了复 合强韧化法。通过在NiAl基合金中加入非连续陶瓷相，制备出NiAl基复合材 料，可明显提高NiAl基合金的综合力学性能。但利用目前所采用的复合材料制 备工艺，只能制备出块体NiAl基复合材料，不能实现NiAl基复合材料板材的 制备。

发明内容

本发明的目的在于利用陶瓷颗粒增强铝基复合材料与纯镍板相近的塑性变 形抗力性能特点，解决多层板材轧制变形过程中两相变形协调性问题，由此实 现较大的轧制变形量，从而可以采用厚度较大的板材为原料，来解决复合板材 的内氧化和致密性问题；同时，利用铝基复合材料和纯镍良好的塑性成形能力， 通过轧制变形得到所需要的板材，再利用铝镍之间的化学反应，通过轧后热处 理，原位合成NiAl合金，得到NiAl基复合材料板材，解决NiAl基复合材料板 材的制备问题。

本发明的目的是通过如下步骤来实现：

一种NiAl基复合材料板材轧制成形技术，其特征在于包括如下步骤：

(1)由陶瓷颗粒和铝基体制备出陶瓷颗粒增强的铝基复合材料；

(2)镍铝复合板材的制备，是将镍与步骤(1)所得的陶瓷颗粒增强铝基 复合材料一起进行轧制变形；

(3)将步骤(2)得到的镍铝复合板材进行热处理。

所述陶瓷颗粒包括二硼化钛或碳化钛颗粒，优选二硼化钛颗粒；所述铝基 体包括纯铝粉或铝合金粉，优选纯铝粉。