[发明专利]一种钛/铝固液复合铸造成型方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，涉及一种钛/铝固液复合铸造成型方法。

背景技术

铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。铝合金的比重小、导电性和耐蚀性都较高而且具有较高的热导率，价格也相对其他金属较为低廉，在实际生产中的得到了大量的应用，已经广泛的应用于航空、航天、兵器、舰船、交通运输等行业。但铝合金抗冲击性能较差，且在高温和腐蚀性环境中其性能大大降低。相对于铝合金，钛合金作为结构材料具有非常优异的性能，比如：耐腐蚀、耐高温、抗冲击、高强高韧等优异性能，因此在航空航天领域得到了大量的应用，例如被大量的用于制作飞机发动机部件以及机身构件、卫星等方面，但是由于钛合金价格昂贵且其刚度较低，使得其应用受到了限制。而钛/铝双金属复合材料能够兼钛合金耐腐蚀、耐高温、抗冲击韧性的优点和铝合金低比重、高热导性的优势，而且能够减少钛合金用量，大大降低使用成本。钛/铝双金属复合材料具有钛和铝单一材料所不具备的综合性能，因而成为航空航天、石油化工等领域中竞相研制的新材料。目前钛/铝复合材料的制备主要依靠轧制复合、热压扩散、爆炸复合、搅拌摩擦焊等工艺。徐磊等公开了一种以钛箔铝箔为原料，轧制复合制备Ti-Al-Ti多层层状复合材料的方法（公开号：CN1535812A）。F.Barbeau等采用可热处理强化的铝合金在370-540℃下1-24小时（4-12小时为主），嵌入TA6V，TA5E，TA8DV，Ti.10.2.3，TA6V6E等合金温压扩散形成零件（公开号：EP1118457A1）。岳宗洪等公开了一种铝-钛复合材料的爆炸焊接制造方法（公开号：CN101190474）。竺培显等公开了一种钛/铝复合板及其制备方法，采用焊接、熔铸、爆炸复合、轧制和热压工艺中一种或一种以上制备钛将铝完全包覆或部分包覆的钛/铝复合板（公开号：CN101319333）以及一种湿法冶金技术领域用于电解过程的不溶性阳极的钛包铝层状复合板及其制备方法，包括采用电弧喷涂、喷射沉积、复合轧制、熔融覆镀等工艺中的一种或多种在钛板表面单面涂敷铝层，得到钛/铝复合板，再将两块钛/铝复合板制备成由铝为内芯(以此改善电极的导电性能)，而外层由钛包覆的钛包铝层状复合电极材料（公开号：CN101574861B）。马志新等公开了一种由铝合金基层和钛覆层构成，总厚度为1.5mm层状钛铝复合板及其制备方法（公开号：CN101450542）。陈猛公开了一种包括钛金属薄板面层、粘结层、基层为铝的钛铝复合板（公开号：CN201756758U）。宋洪海公开了一种采用扩散焊技术将钛薄板和铝板复合在一起,温轧后冷轧获得钛铝复合板的生产方法（公开号：CN102284833A）。但是，这些工艺存在工序复杂、界面结合强度低、制件尺寸受限、工艺参数控制困难、无法实现大规模生产等问题。

采用铸造复合法复合钛/铝合金的工艺相对简单，界面结合强度大，成材率较高，因而获得广泛的关注。克洛德贝尔纳大学（里昂第一大学）O.Dezellus等采用固液复合熔铸法获得高性能钛/铝-硅合金复合材料[O.Dezellus,B.Digonnet,M.Sacerdote-Peronnet,et al.Mechanical testing of titanium/aluminium–silicon interfaces by push-out.International Journal of Adhesion and Adhesives,2007,27(5):417-421]。其工艺步骤如下：（1）在坩埚下方缠绕导线圈以起到定向凝固作用，并在坩埚底部打下凹槽，在上部设置装置用以确保钛棒插入时位置垂直居中；（2）在坩埚内放入铝合金锭。打开电磁加热开关，熔炼AS-13铝合金并搅拌扒渣；（3）至铝熔体温度达到720℃时插入钛棒；（4）保温十分钟后关闭电源，随炉冷却。这种工艺较为单一，不适应针对要求不同力学性能的大规模生产，无法保证薄且均匀的界面反应层宽度，冶金结合部分有较多的硅颗粒导致韧性不足，致使制件尺寸受到限制。

发明内容

本发明的内容是克服现有技术的不足，用固-液复合法制备钛铝复合铸件，旨在解决现有工艺制备钛铝复合铸件存在的工艺复杂、重复性差、产品形状和尺寸受到限制、界面反应层厚且不均匀、裂纹和孔洞等缺陷较多、界面结合强度不高等问题。

本发明的技术方案如下：

一种钛/铝固液复合铸造成型方法，所述方法为固体钛合金置于铝合金熔体制备铝包钛铸件，制备工艺包括以下步骤：

（1）将钛合金棒加工为直径3～30mm的棒材，经车削打磨得到具有一定表面粗糙度的钛合金棒材；