[发明专利]一种Ti-Al-Nb层状复合材料及其制备方法

说明书

一种Ti‑Al‑Nb层状复合材料及其制备方法，属于合金材料制备技术领域。所述方法：一、Ti箔、Al箔和Nb箔的表面清洗；二、Ti箔和Al箔表面磁控溅射；三、高Nb‑TiAl合金和Ti₂AlNb合金的结构设计和叠层；四、将洗好的Ti箔、Al箔、Nb箔和按照设计好的高Nb‑TiAl合金、Ti₂AlNb合金结构进行叠层、包覆、制备预制件；五、低温热处理；六、中温退火；七、高温热压即得。本发明可以近成型板材等其它复杂形状的Ti‑Al‑Nb合金层状复合材料。

技术领域

本发明属于合金材料制备技术领域，具体涉及一种Ti-Al-Nb层状复合材料及其制备方法。

背景技术

TiAl基合金具有优异的高温性能，具有较高的比强度、比模量和较好的抗氧化性。合金化能进一步提高TiAl合金的高温性能，其中高Nb-TiAl合金是典型的代表，相比于普通TiAl合金，高Nb-TiAl基合金不仅能提高TiAl合金700℃以上的抗氧化性，还能使TiAl基合金的使用温度提高60～100℃。但是，TiAl合金存在的本征脆性，导致其室温塑韧性很低，并且成型加工困难，成型工艺复杂、成本高。如何提高TiAl合金的室温塑韧性和TiAl合金的成型直接影响着TiAl合金的未来应用前景。基于珍珠母、贝壳等生物的仿生层状材料是解决TiAl合金室温塑韧性低的一个有效办法。

发明内容

本发明的目的是为了解决TiAl合金的室温塑韧性低、TiAl合金的成型难和TiAl基合金的高温性能不理想的问题，提供一种Ti-Al-Nb层状复合材料及其制备方法，该方法利用箔冶金真空热压，能够原位生成所需的各种相和组合出需要的各种叠层结构，同时箔材极好的成型性，结合相应的钢模和石墨模具，能够在合成材料的时候近成型板材及波纹板等其它形状复杂的结构件，达到制备-成型近一体化的优势。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种Ti-Al-Nb层状复合材料，所述层状复合材料是由纯Nb层、高Nb-TiAl合金层和Ti₂AlNb合金层三相复合的层状结构；所述高Nb-TiAl合金层由α₂-Ti₃Al和γ-TiAl两相组成，通过镀Nb的Ti箔和Al箔制备；所述Ti₂AlNb合金层除包括O相外，还包括α₂相和B2相中的一相或两相。

一种上述的Ti-Al-Nb层状复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一：依次使用酒精和丙酮分别对Ti箔、Al箔和Nb箔超声清洗5～10min，去除表面的油污，然后利用5vol.％～15vol.％HF、100vol.％HF和5vol.％～15vol.％NaOH溶液分别对Ti箔、Nb箔和Al箔表面进行清洗，去除表面的氧化皮，最后用酒精超声清洗2～5min后，吹干备用；

步骤二：Ti箔和Al箔表面的磁控溅射：在吹干后的部分Ti箔、Al箔表面进行磁控溅射，靶材为纯Nb靶或Nb基合金，通过控制磁控溅射的时间和功率来控制靶材合金元素的含量，制得合金元素分布均匀的Ti箔和Al箔；

步骤三：使用步骤一洗好的Ti箔、Al箔、Nb箔进行Ti₂AlNb合金层的结构设计，具体为：原材料为Ti箔、Al箔、Nb箔，保证Ti箔数量为奇数；Al箔和Nb箔为偶数，且厚度相同，按照Ti-Al-Nb-Al-Ti-Al-Nb-Al-Ti的结构进行叠层，使用步骤二中磁控溅射后的Ti箔和Al箔进行高Nb-TiAl合金层的结构设计，具体为：采用Ti箔和Al箔为原材料，利用磁控溅射在Ti箔和Al箔表面镀Nb，镀Nb时保证只对箔材一面镀膜，另一面不镀膜，将单面镀Nb膜的Ti箔和Al箔交替叠层，叠层时同时保证没有镀膜的Ti箔面和Al箔面接触，制备出Ti₂AlNb合金层和高Nb-TiAl合金层；