[发明专利]一种热爆辅助等静压合成NiAl-Ti3AlC2复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种热爆辅助等静压合成NiAl‑Ti₃AlC₂复合材料的方法，本发明通过往NiAl合金中引入MAX复相Ti₃AlC₂，通过等静压制结合热爆合成NiAl‑Ti₃AlC₂复合材料，通过Ti₃AlC₂对NiAl合金的晶粒细化作用和颗粒增强作用，提高了抗弯强度、断裂韧性，同时具体较高的硬度，抗高温氧化性能和耐高温摩擦磨损性能不会降低，解决了NiAl合金的低温脆性的问题，综合提升NiAl合金的力学性能，同时制备过程简单，制备效率高，成分稳定，能耗低。

技术领域

本发明涉及一种热爆辅助等静压合成NiAl-Ti₃AlC₂复合材料的方法，属于金属基复合材料制备领域。

背景技术

NiAl金属间化合物是一种轻质高温结构材料，比重5.9g/cm³，具有B2结构的长程有序结构和特殊的化学键，具有低密度(仅为Ni基高温合金密度的2/3)、高熔点(高达1638℃)、高的导热率(76W/(m.K))、优良的力学性能、抗酸碱腐蚀性能、抗氧化性能以及良好的催化性能，是替代传统镍基超合金的理想材料。但由于NiAl金属间化合物致密材料较低的室温断裂韧性和较差的高温强度限制了它的应用。

为了改善其综合性能，近年来国内外开展了一系列的研究。有的向NiAl中添加氧化物，通过氧化物弥散所带来的晶粒细化以及弥散粒子对晶粒运动的阻碍，但氧化物的添加会部分降低NiAl的抗氧化性能，从而在一定程度限制了它的应用。有的以合金化(Cr,Mo,V,Nb,Ta)的方式向NiAl合金中引入第二相，这种方法引入的成分多，操作工艺复杂。

如：中国专利文献CN106521244A公开了一种稀土改性的高Mo的Ni₃Al基单晶高温合金及其制备方法，该合金的成分包括Ni、Al、Mo、Re、Ta、Cr、C、Y和Dy或Ce，合金铸态组织包括γ′相、γ相和富Mo、Re的白色析出相三种相结构，密度为7.9～8.1g/cm3，该合金在1100℃下达到完全抗氧化级别或抗氧化级别或次抗氧化级别。所述方法包括制备液态金属冷却介质、制备母合金棒材、制备不含稀土元素的Ni3Al基单晶合金籽晶、定向单晶炉制备含稀土元素的高Mo的Ni3Al基单晶高温合金和后期热处理。得到Ni₃Al基单晶高温合金的密度较低，可以满足航空发动机的低密度要求；合金在1100℃下抗氧化性能达到完全抗氧化级别或抗氧化级别或次抗氧化级别，但是该专利成分复杂，且采用制备单晶的生产方法，制备工艺复杂，缺陷不易控制，成本较高。

Ti₃AlC₂是近年来研究较多的一种MAX陶瓷材料，其具有自润滑、高韧性、可导电等性能而成为了新材料领域争相研究的焦点。

中国专利文献CN101028749B公开了一种(Cu-Al)/(Ti₃C₂-Cu-Al)层状复合材料及其制备方法，该制备方法以Ti₃AlC₂粉和Cu粉为原料，通过逐层交替铺设后冷压成层状坯体，然后将坯体置于高温炉内，在氩气保护下，将炉温升至1100～1200℃，保温15～60min后冷却，得到层状复合材料具有Ti₃C₂-Cu-Al金属陶瓷层和Cu-Al合金层交替叠合的层状结构。该复合材料材料具有良好的耐磨和耐冲击载荷的能力，但其抗拉强度性能不佳。

因此，研发一种新型NiAl合金及制备方法是目前具有挑战性的工作。

发明内容