[发明专利]一种高强塑积TiAl基复合材料的制备方法

说明书

一种高强塑积TiAl基复合材料的制备方法，属于钛铝金属间化合物基复合材料加工制备技术领域。其制备方法为：将TiAl预合金粉末与Nb元素粉末充分混合；将混合后的粉末装入包套中，密封后抽真空后进行热等静压处理，得到TiAl基复合材料坯料；所得热等静压坯料在1240℃～1260℃下进行高温包套热挤压，热挤压结束后，去除包套，得到纤维状韧性富Nb相和颗粒状Ti₂AlNb相复合增强的高强塑积TiAl金属间化合物基复合材料。本发明制备TiAl金属间化合物基复合材料，在800℃～850℃使用温度范围内，具有较常规TiAl更高的强塑积。本发明工艺流程简单，对设备要求低，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及钛铝金属间化合物基复合材料制备方法，特质系高韧性多相复合增强钛铝金属间化合物基复合材料；属于钛铝金属间化合物基复合材料加工制备技术领域。

背景技术

钛铝金属间化合物是一种轻质高温结构材料，在航空航天、汽车工业领域已获得重要应用，并体现出其显著的优越性，然而，由于钛铝金属间化合物的本征脆性，以及有限的高温综合力学性能(强度和塑性)，尤其高温韧性不足，严重限制了其大规模应用。强塑积(强度×塑性)作为表征材料强韧性水平的综合性能指标，是评价TiAl金属间化合物可否应用的重要指标之一，提高TiAl金属间化合物的高温强塑积，是实现其广泛应用的重要基础。

目前提高TiAl金属间化合物的强韧性主要有3中方法：(1)细化晶粒(2)提高合金中β相含量(3)制备颗粒增强复合材料。

晶粒细化方法主要体现在提高TiAl金属间化合物的塑性方面，然而由于TiAl金属间化合物晶粒细化到一定程度后，塑性反而随着晶粒细化而降低，所以需要对晶粒尺寸进行准确控制。

在TiAl金属间化合物中引入β相也是为了提高合金的高温塑性。通过在合金中加入或提高Nb、Mo、Cr、Mn、V等元素的含量而形成更多β相，这种高β相含量的合金在高温下较常规TiAl合金具有更优的塑性。然而β相在常温下转变为脆性B2相，严重不利于合金的塑性。

制备TiAl金属间化合物基复合材料是提高TiAl强韧性的另一主要方法。根据增强体的类型不同TiAl金属间化合物基复合材料可分为3种：(1)通过在添加(或生成)TiB₂、TiC、B₄C、Al₂O₃、BN、 Ti₂AlN等碳化物、氮化物、氧化物颗粒，制备颗粒增强TiAl金属间化合物基复合材料。(2)在TiAl金属间化合物基体中引入W、Mo、 Nb等高熔点、高强度的纤维或晶须制备纤维或晶须增强复合材料。 (3)将高塑性的金属或合金与TiAl金属间化合物复合，制备层状结构的复合材料。但是目前TiAl金属间化合物基复合材料制备方法普遍存在工艺路线复杂，增强原理单一的缺陷。

本发明提出一种新的高强塑积TiAl金属间化合物基复合材料的制备方法。其原理在于：利用粉末冶金的方法易于控制晶粒尺寸的特点，实现晶粒尺寸可控；通过添加塑性纯金属颗粒，实现类似β相提高材料塑性变形能力的作用，利用纯金属颗粒在热挤压过程中与基体的扩散作用，原位生成纤维状韧性相，起到类似纤维增强或层状结构增强的作用，同时原位生成颗粒状第二相起到颗粒增强的作用。本发明结合了多种增强方法，实现了对TiAl金属间化合物的复合增强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有钛铝金属间化合物及其复合材料的性能缺点而提供一种制备高强塑积的原位生成多元复合增强TiAl金属间化合物基复合材料的方法。

本发明一种高强塑积TiAl基复合材料的制备方法，包括下述步骤：

第一步：将A元素粉末与TiAl预合金粉末在V型混料机中充分混合5～8小时，得到混合粉末；所述A元素粉选自Nb元素粉末、Ta 元素粉、W元素粉、Mo元素粉.中的至少一种；优选为Nb元素粉、进一步优选为Nb元素的球状粉；