[发明专利]一种TiCx-Ni3(Al;Ti)/Ni基复合材料及其热压制备方法

说明书

一种TiC_x‑Ni₃(Al,Ti)/Ni基复合材料及其热压制备方法。该材料中Ti₃AlC₂体积含量为5～50vol％，其余为Ni基合金。该材料的显微结构为原位生成的亚微米TiC_x及Ni₃(Al,Ti)颗粒，均匀分布于Ni基体中，且增强相与金属基体相润湿性良好，界面结合牢固。该材料的制备方法：Ti₃AlC₂与Ni基合金粉通过不同的体积配比进行配料、混料。将装有原料的热压模具放入真空热压炉中，氩气保护，以10℃/min的升温速率升温至1200℃，并保温30min使其充分反应；以10～20℃/min降温至1020℃，保温20min，同时加压至25～30MPa使其致密化；最后随炉冷却至500℃卸压，降温至80℃取出样品，即得到TiC_x‑Ni₃(Al,Ti)/Ni基复合材料。该材料具有高强度、高硬度、高耐磨、耐高温等显著特点，可广泛用于航天、军工、交通运输、机械制造等领域的关键器件。

技术领域

本发明涉及一种TiC_x-Ni₃(Al,Ti)/Ni基复合材料及其热压制备方法。

背景技术

镍及其合金材料由于具有良好的化学稳定性、抗氧化、耐腐蚀等特性，而被广泛应用于航空航天、能源动力、交通运输、石油化工以及核能等工程应用领域。近年来，为了进一步提高Ni基材料的室温及高温力学性能以及改善其摩擦学特性，很多研究人员利用陶瓷颗粒(TiC、WC、SiC、TiB₂)增强Ni基复合材料。众所周知，复合材料中增强相的体积分数、尺寸、在基体中的分布、自身的物理化学特性以及与基体材料的润湿性对复合材料的性能起着至关重要的作用。Ni基复合材料中陶瓷颗粒的引入主要有外部添加以及原位自生两种方式。对于第一种方式，由于外加的传统陶瓷颗粒在Ni基体中尺寸较大且与Ni基体的润湿性较差，阻碍基体位错运动的能力有限，同时陶瓷颗粒与Ni基体之间存在热失配，在界面处产生应力集中，因而在载荷作用下界面处容易脱离，造成材料失效。而原位自生(例如：TiC)陶瓷颗粒增强Ni基复合材料虽然增强颗粒尺寸较小且在基体中分布比较均匀，然而在基体中容易形成金属间化合物(例如在Ni-Ti-C系统中容易形成Ni₃Ti和Ni_2.6Ti_1,3)，这种硬而脆的金属间化合物不仅对材料性能提升作用很小，而且在疲劳载荷的作用下，其在基体中作为裂纹源首先开裂，造成材料失效(参考文献：S.Ctjong，Mater.Sci.Eng.R,29(2000)49-113)。另一方面，镍基高温合金是目前航空发动机中应用最广的高温合金材料，其中共格的γˊ相(Ni₃Al或者Ni₃(Al,Ti))的第二相沉淀强化对镍基高温合金(例如：GH145)的性能起着举足轻重的作用。因此，在Ni基复合材料中如果能同时生成与Ni润湿性良好、颗粒细小且分布均匀的陶瓷相以及共格γˊ相，这不仅能够使得复合材料在室温下具有高强度、高硬度、高耐磨性等特性，而且，在高温环境下依然能够表现出优异的力学性能。