[发明专利]一种大尺寸Ni-Ni3

说明书

本发明是一种大尺寸Ni‑Ni₃Al‑NiAl层状结构复合板的制备方法，涉及复合板制备技术领域；具体步骤为：确定Ni板和Al板的厚度比、厚度与层数；原始板材表面处理；热压预复合获得Ni/Al叠层热压预复合板；轧制复合减薄获得Ni/Al微叠层复合板；Ni/Al微叠层复合板经过一级反应扩散；原位二级反应合成；本发明解决了大尺寸NiAl合金板难以采用传统方法制备及高温强度低的问题；制备得到的Ni‑Ni₃Al‑NiAl层状结构复合板最大宽度＞1m，1000℃抗拉强度可达140MPa，密度仅为6.0～6.5g/cm³。

技术领域

本发明涉及复合板制备技术领域，具体涉及一种具有高温高强度大尺寸Ni-Ni₃Al-NiAl层状结构复合板的制备方法。

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900 °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900℃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基高温合金板制备，但Ni基高温合金板密度过大（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合金板代替Ni基高温合金板来制造空天飞行器进气道等关键薄壁构件。NiAl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。NiAl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，金属及合金板材采用“熔铸-锻造-轧制”的传统方法制备，但由于NiAl金属间化合物本征脆性，传统方法制备其板材十分困难，目前多以箔叠反应合成法为主，即以一定厚度的Ni箔与Al箔为原材料，先将其交替堆叠，再在不同温度下热压，使Ni箔与Al箔发生反应生成NiAl金属间化合物，从而制得NiAl合金板。但受箔材宽幅（厚度小于0.1 mm的Ni箔宽幅一般都小于300 mm）限制，采用该方法无法制备大尺寸NiAl合金板，也就无法制造大尺寸NiAl合金薄壁构件，从而限制了其应用。同时，单相NiAl金属间化合物存在室温塑韧性差、高温强度低等缺点，现有文献报道其1000℃抗拉强度仅能达到80 MPa左右，难以满足某些关键构件的使用要求。

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，该方法通过Ni、Al箔材堆叠，真空反应热压出粗细晶层状分布的单相NiAl板，但所采用Ni箔（厚度小于0.1mm）的最大宽度一般不超过300mm，故无法实现大尺寸NiAl板的制备，同时单相NiAl板的高温强度低，1000℃抗拉强度仅能达到80 MPa左右，限制了其应用。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种具有高温高强度大尺寸Ni-Ni₃Al-NiAl层状结构复合板的制备方法，解决大尺寸NiAl合金板难以采用传统方法制备及高温强度低的问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种大尺寸Ni-Ni₃Al-NiAl层状结构复合板的制备方法，包括以下步骤：

a）根据要制备的复合板厚度，确定原料Ni板和Al板的厚度与层数；Ni板、Al板的厚度比为1.2:1～1.6:1。

b）将表面预处理后的Ni板和Al板交替叠放进行热压预复合，得到Ni/Al叠层热压预复合板。

c）将Ni/Al叠层热压预复合板进一步轧制复合，使其厚度减薄至设定厚度，获得Ni/Al微叠层复合板。