[发明专利]一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，特别涉及一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法。

背景技术

形状记忆合金特别是钛镍基形状记忆合金具有独特的形状记忆效应、超弹性效应，成为近年来工程研究、开发和应用的智能材料热点。其中利用记忆合金功能特性作为增强体复合在其他结构材料中，使该复合材料既具有部分功能特性，又能很好满足结构设计要求，成为了新的研究热点，具有广泛的工程应用前景。

目前，钛镍合金与金属结构材料的复合材料制备常用手段有：预填埋钛镍丝浇铸，铸造析出共晶相等方法，但是目前这些方法制备工艺有自身的制约：如采用预填埋钛镍丝浇铸方法时，需要对钛镍丝表面进行涂层等预处理，对丝材进行固定，浇铸的复合结构材料熔点不能太高等条件制约；采用析出共晶浇铸复合法则对成分有很大的限制，目前报道中只有铌等少数几个金属能满足浇铸时出现共晶相，同时无法实现对合金的复合，而且对共晶相分布、尺寸控制上有极大的难度。因此开发一种简洁有效的钛镍功能材料和结构金属材料复合材料的制备加工工艺，对该类复合材料的研究和工程应用有广泛的意义。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法。

一种双层互嵌式藕状复合材料的制备加工方法，其具体步骤如下：

（1）按预先设定镶嵌数量、排列方式，在母体材料中内预制供塞入镶嵌材料的孔；再将配套合适尺寸的镶嵌材料通过物理方式塞入被镶嵌的母体材料；两端进行焊接形成母体材料和镶嵌材料的一个封闭、完整嵌套体；

（2）将步骤（1）所得嵌套体在700～1100℃温度下、50～300MPa压力下进行热等静压处理；使母体材料与镶嵌材料相互结合在一起，并且产生互扩散，形成扩散焊接面；

（3）再对扩散焊接后的嵌套体进行冷加工和热加工使其横截面积减小，形成轴向藕节状截面；最后得到一种双层互嵌式藕状复合材料。

所述母体材料为钛镍功能合金或金属结构材料。

所述镶嵌材料为钛镍功能合金或金属结构材料。

一种多层互嵌式藕状复合材料的制备加工方法，其具体步骤如下：

（1）按预先设定镶嵌数量、排列方式，在母体材料中内预制供塞入镶嵌材料的孔；再将配套合适尺寸的镶嵌材料通过物理方式塞入被镶嵌的母体材料；两端进行焊接形成母体材料和镶嵌材料的一个封闭、完整嵌套体；

（2）将步骤（1）所得嵌套体在700～1100℃温度下、50～300MPa压力下进行热等静压处理；使母体材料与镶嵌材料相互结合在一起，并且产生互扩散，形成扩散焊接面；

（3）再对扩散焊接后的嵌套体进行冷加工和热加工使其横截面积减小，形成轴向藕节状截面；最后得到一种双层互嵌式藕状复合材料。

（4）将得到的双层互嵌式藕状复合材料再次充当镶嵌材料，镶嵌在母体材料中，重复热等静压及冷加工、热加工，形成层状互嵌式藕状复合材料，再根据需要，将新制得的层状互嵌式藕状复合材料反复充当镶嵌材料，镶嵌在母体材料中，重复热等静压及冷加工、热加工，最后得到所需层数的多层互嵌式藕状复合材料。

所述母体材料为钛镍功能合金或金属结构材料。

一种互嵌式藕状复合材料，所述互嵌式藕状复合材料是通过上述制备加工方法制备加工得到的，其结构为双层或多层由外到内包覆互嵌式藕状结构。

本发明的有益效果为：

本发明方法加工过程简单可行，对嵌套结构材料没有限制（常见结构材料如铌、钨、铜等纯金属，及其常见的合金结构材料），而且可以对嵌套层数、排列数量、排列方式进行控制，特别适合于规模生产与应用。

附图说明

图1为母体材料结构示意图，其中图1a为纵剖面结构示意图，图1b为横截面结构示意图；

图2为压力压制镶嵌体示意图；

图3为嵌套体热等静压后扩散焊接后横截面示意图；

图4为多层互嵌式藕状复合材料示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

1、首先在外径为30mm，长为100mm的TiNi等原子比的钛镍记忆合金棒材上制出7个直径为6mm的预制通孔，横截面上预制孔呈6边形，如图1所示；

2、将7个过盈配合的外径为6mm的纯铜棒通过油压机压入预制瞳孔内(如示意图2所示)，形成钛镍合金-纯铜嵌套体；

3、对钛镍合金-纯铜嵌套体上下端部通过真空等离子焊接，形成一个封闭、完整嵌套体；