[发明专利]多层Ti6Al4V-TiBw/Ti6Al4V复合材料的真空热轧方法

说明书

本发明为一种多层Ti6Al4V‑TiBw/Ti6Al4V复合材料的真空热轧方法。该方法通过将Ti6Al4V和钛基复合材料板材进行裁剪，多层叠合，放入不锈钢槽中，进行焊接密封和抽真空工序，通过炉内高温加热和保温，最终在热轧机上进行多道次热轧成型，获得较好的层间界面结合和微米级的层厚尺度，实现层状钛基复合材料的强韧化目的。本发明可以获得很强的界面结合强度，拉剪强度可达650MPa，通过热轧制变形，可以令TiB晶须沿层状方向定向排布，从而令层状方向增强效果明显，力学各向异性增强。

技术领域

本发明创造涉及多层钛基复合材料生产技术领域，特别涉及生产多层钛基复合材料的热轧制方法，属于金属压延领域。

背景技术

多层钛基复合材料利用层状结构增韧方式，可有效的阻碍裂纹的扩展，起到止裂的作用。2003年，Panda等人利用粉末冶金方法制备了TiB/Ti和TiB_2/Ti功能梯度复合材料，可弱化残余热应力，避免裂纹的产生，具有较高的抗冲击性。哈尔滨工程大学姜凤春等人利用热压烧结方法制备了层状Ti-Al₃Ti复合材料，冲击实验中其通过脱层断裂吸收大量的冲击功，有望应用于装甲设备和弹道系统中。自2013年起，申请人利用粉末冶金和扩散焊接方法分别制备了弱界面结合和强界面结合的两级层状结构Ti-TiBw/Ti复合材料，增韧效果更为显著，涉及裂纹偏转、脱层断裂、裂纹屏蔽、压应力、多重裂纹和塑性层增韧等多种增韧方式。

德国马普所高华健、季葆华等研究贝壳的断裂行为发现，除了多级结构协同增韧之外，层厚尺度也起到很重要的作用，在临界缺陷尺度以下，应力会均匀分布，不会产生应力集中，层中存在的“砖缝”裂纹将不会继续扩展，因而亚微米或纳米级别的贝壳具有强韧化的优势。研究者往往采用热轧制、热锻造和热挤压的方式提高致密度、降低内部微观结构尺度和引进轧制织构，来进一步提高钛基复合材料的增强增韧效果。然而，这些方法通过位错塞积的方式虽然可以获得较高的增强效果，然而往往会牺牲材料的塑性和韧性作为代价，这种强度-韧性倒置的现象一直限制着钛基复合材料的发展。

而利用热压烧结方式或扩散连接方法制备了层状Ti-TiBw/Ti复合材料的技术中心(如层状钛基复合材料的制备方法ZL201210138430.0或者扩散焊接制备Ti-TiBw/Ti层状复合材料的方法ZL201310498988.4)，其中热压烧结的方法可以获得较强的界面结合，然而由于层厚尺寸不均匀，界面有波浪起伏现象，易造成无法定量制备钛基复合材料的缺点，而扩散连接方法能获得层厚均匀，层面平直的层状钛基复合材料，然而缺点是层间界面结合较差，影响了钛基复合材料的成型性和力学性能。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种多层Ti6Al4V-TiBw/Ti6Al4V复合材料的真空热轧方法。该方法通过将Ti6Al4V和钛基复合材料板材进行裁剪，多层叠合，放入不锈钢槽中，进行焊接密封和抽真空工序，通过炉内高温加热和保温，最终在热轧机上进行多道次热轧成型，获得较好的层间界面结合和微米级的层厚尺度，实现层状钛基复合材料的强韧化目的。

本发明的技术方案为：

一种多层Ti6Al4V-TiBw/Ti6Al4V复合材料的真空热轧方法，包括以下步骤：

(1)取边长相等的Ti6Al4V和TiBw/Ti6Al4V复合材料的箔材，分别用体积分数为5％～10％的氢氟酸溶液浸泡1-2分钟，然后清洗、烘干；

所述的TiBw/Ti6Al4V复合材料箔材厚度为300～500μm，Ti6Al4V复合材料的箔材厚度为100～500μm；

(2)取不锈钢，在铣床上铣出形状与箔材形状相同的槽，在其中一侧开一孔径为3～6mm的小孔，将Ti6Al4V和TiBw/Ti6Al4V箔材呈间隔排列叠放于槽内；