[发明专利]一种大尺寸金属铝化物曲面薄壁构件制备方法

说明书

本发明是一种大尺寸金属铝化物曲面薄壁构件制备方法，涉及金属间化合物构件制备成形技术领域；具体步骤为：确定A、B原始板材的厚度比、厚度与层数；原始板材表面处理；热压预复合获得A/B叠层复合板；轧制复合减薄获得A/B微叠层复合板；A/B微叠层复合板气压成形；原位一级反应扩散；原位二级反应合成；本发明把脆性金属铝化物板材的制备与成形转化为塑性良好的纯金属微叠层复合板制备成形，解决了金属铝化物板材直接制备及二次成形难的问题，运用先成形，后成材的反向思路，使纯金属微叠层复合板成形在先，金属铝化物生成在后，金属铝化物生成后不再二次成形，避免了金属铝化物薄壁构件直接高温成形导致的组织性能恶化。

技术领域

本发明涉及金属间化合物构件制备与成形技术领域，具体涉及一种大尺寸金属铝化物曲面薄壁构件制备方法。

背景技术

新一代空天飞行器正向高马赫数、高承载、超长航时和超远航程的方向迅速发展，对轻质耐高温薄壁构件的需求不断加大，例如，高超声速飞行器可实现Ma 6~20马赫的飞行速度，但飞行时产生的气动热会使发动机进气道等关键部件遭遇严重的热障冲击，温度可达700 °C以上。而热障冲击将导致金属强度大大削弱，发动机表面出现形变，甚至会导致飞行器解体。因此，新一代空天飞行器对700 °C以上轻质耐热构件的需求越来越迫切，尤其体现在以进气道、隔离段及尾喷管为代表的异形截面整体薄壁构件中。目前，此类构件多采用Ni基高温合金制备，但Ni基高温合金密度过大（7.9~8.5 g·cm^-3），对于“克克计较”的空天飞行器来说，易引起结构超重，严重影响其服役性能。因此，迫切需要采用新型轻质耐热材料代替Ni基高温合金来制造空天飞行器进气道等关键薄壁构件。钛/镍铝金属间化合物同时具备金属键及共价键特点，相比于陶瓷及高温合金，具有低密度、高热导率、高熔点、高强度、良好的耐腐蚀性及抗氧化性等优点。钛铝金属间化合物的使用温度高达600-850℃，镍铝金属间化合物的使用温度高达900-1200℃，可作为制造这类构件的首选材料。

一般，复杂薄壁构件的传统制造方法为先通过“熔铸-锻造-轧制”方法制备其板材，再对板材二次成形出最终构件，即“先成材，后成形”。但由于TiAl、NiAl等金属铝化物本征脆性，其板材难以通过传统方法制备；箔材反应合成法虽可制备TiAl、NiAl等金属铝化物板，但受箔材宽幅限制，无法实现大尺寸。TiAl、NiAl等金属铝化物板二次成形需在1000℃左右高温进行，成形难度大，并伴随组织性能恶化。

公开号CN 107081345 B发明申请提出了一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法，该方法是将Ni箔和Al箔交替叠放热压后置于热气胀模具中，热气胀成形出复杂的曲面薄壁构件，高温下将Ni、Al充分扩散反应生成NiAl，进而制备出NiAl曲面薄壁构件。但该方法所采用Ni箔（厚度小于0.1mm）的最大宽度一般不超过300mm，故仅适用于制备小尺寸NiAl曲面薄壁构件。公开号CN 103057203 A发明申请提出了一种层状NiAl材料及其制备方法，该方法仅是将Ni箔、Al箔热压后得到NiAl金属间化合物板材，未涉及复杂曲面薄壁构件的成形制造方法。公开号CN 110142332 A发明申请提出了一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，该方法是将Ni箔与Al箔交替层叠卷管后形成Ni/Al叠层箔管，而后于热气胀摸具中胀形和高温反应扩散形成NiAl薄壁管件，该方法也是采用箔材为原材料，只适用于成形小尺寸NiAl管形件。公开号CN 1667144 A发明申请提出一种冷轧超薄叠层合金化制备的NiAl形状记忆合金薄膜，该方法仅是将镍箔和铝箔交替叠放冷轧热处理后形成成分均匀的合金薄膜，未涉及其曲面薄壁构件的成形方法。公开号CN 111168407 A发明申请提出采用金属箔带铺放制坯的耐高温薄壁构件一体化制造方法，公开号CN 112091049 A发明申请提出采用金属箔带缠绕芯模制备金属间化合物曲面薄壁构件的方法，以上两种方法均是以金属箔为原材料，通过铺放方式绕模成形，属于分散成形而非整体成形，箔带间存在缝隙，会造成最终成形零件存在严重的孔洞和裂纹缺陷。

发明内容