一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法技术

一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法，它涉及一种金属间化合物曲面板材构件合成制备与成形一体化方法，以解决现有的NiAl合金板坯由于塑性差而难以热成形曲面板材构件的技术问题。该方法的主要步骤是：一、将Ni箔与Al箔交替叠层热压，获得Ni/Al层压复合板；二、将Ni/Al层压复合板进行热气胀成形，获得所需要的形状和尺寸，并在热气胀成形模具中使Ni箔与Al箔反应合成Ni‑Al金属间化合物；三、将成形件从热气胀成形模具中取出置入真空热处理炉进行高温真空热处理使生成的Ni‑Al金属间化合物反应完全生成NiAl合金；四、将热处理后的制件重新置于热气胀成形模具中，在高压气胀作用下进行致密化处理。本发明专利技术适用于NiAl合金曲面板材构件的制备与成形。

Integrated method for synthesizing, preparing and forming NiAl alloy curved surface plate member

A NiAl alloy sheet component synthesis and forming integrated method, which relates to an intermetallic compound sheet component synthesis and forming integrated method, to solve the existing NiAl alloy slab due to the technical problems of poor plasticity and difficult to heat the forming surface of the plate members. The main steps of the method are: first, Ni foil and Al foil alternating layers of hot pressing, Ni/Al laminated composite plate; two, Ni/Al laminated composite plate heat expansion forming, the shape and size was needed, and in the heat forming Ni foil and Al foil Ni reaction synthesis of Al intermetallic compound die; three, forming from the hot gas bulging forming die out in the vacuum heat treatment furnace for high temperature vacuum heat treatment to produce Ni Al intermetallic compounds formed entirely of NiAl alloy; four, after heat treatment are re placed hot bulging forming mold, was densified under high pressure under the action of flatulence. The invention is suitable for the preparation and forming of the NiAl alloy curved surface plate component.

【技术实现步骤摘要】
一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法
本专利技术涉及一种金属间化合物曲面板材构件合成制备与成形一体化方法，具体涉及一种NiAl合金曲面板材构件的合成制备与成形一体化方法，属于金属间化合物曲面板材构件的制备与成形

技术介绍
NiAl合金具有熔点高、低密度、高硬度、抗氧化性优良、高结构稳定性等优点，在航空航天领域可作先进航空发动机涡轮导向叶片、涡轮叶片和火焰筒骨架等重要部件，有望成为替代镍基高温合金的新型高温结构材料。NiAl合金还广泛用作高温合金的抗氧化、抗腐蚀涂层。另外，在制作半导体元件连接薄膜、电接触材料、表面催化、高温形状记忆合金和核工业领域，NiAl合金具有广阔的应用前景。NiAl合金常见的制备方法包括粉末冶金法、燃烧合成法、机械合金化法等。最新发展起来的箔材叠轧退火法制备NiAl合金，以其先进的合成制备工艺受到了广泛关注。该制备方法是以Ni箔和Al箔为原料，通过轧后退火及热处理工艺使Ni与Al发生原位反应，进而形成Ni-Al金属间化合物。公开号CN103057203A的专利技术申请提出了一种层状NiAl材料及其制备方法，该方法是对Ni箔与Al箔的交替叠层进行两次热压复合，最终得到层状NiAl合金板材。公开号CN1667144A的专利技术申请提出了冷轧超薄叠层合金化制备NiAl形状记忆合金薄膜，该方法是对Ni箔与Al箔的交替叠层进行反复冷轧，通过热处理工艺获得成分均匀的合金薄膜。公开号CN105414219A专利技术申请提出了一种金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法，该方法是对Ni箔与Al箔的交替叠层进行包套冷轧，之后通过热处理工艺获得Ni/NiAl3金属间化合物。但是，NiAl合金曲面板材构件的生产方式并没有发生改变，都是先制备NiAl合金板坯，再二次成形曲面板构件，采用方法通常是在1000℃以上进行超塑性成形。NiAl合金板坯制备和成形分开进行存在的问题有：一方面，NiAl合金由于塑性差，轧制条件苛刻，涉及包套的设计(包括包套材料、厚度及几何形状等)及轧制工艺参数的选择(包括轧制温度、轧辊速度等)，使其板坯制备比较困难；另一方面，超塑性成形工艺对成形装备和材料组织要求较高，成形速率较低，成形缺陷较多；此外，板坯制备与成形分开进行，生产工序较多，生产效率较低，能源浪费严重。因此，对NiAl合金板的合成制备与二次成形进行有机结合，实现一体化，以满足实际科研与生产的需要，是当今NiAl合金曲面板材构件热成形研究亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有NiAl合金板坯由于塑性差而难以热成形曲面板材构件的问题，进而提供一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法包括以下步骤：步骤一、原材料厚度比设计：根据NiAl合金中Ni原子和Al原子的原子个数比，计算Ni箔和Al箔的厚度比；步骤二、表面预处理：将Ni箔和Al箔进行表面清洁处理；步骤三、热压：将经步骤二处理的若干个Ni箔和若干个Al箔交替叠放置于热压模具的下模上，施加3-5MPa预压力作用于叠放的箔层上，待热压模具升温至500℃-600℃，作用箔层上的压力升压至5-20MPa，保温0.5-2h，热压结束后卸除压力，随炉冷却至室温后取出Ni和Al形成的层压复合板；步骤四、气胀成形及反应合成：将经步骤三热压制备的层压复合板置于热气胀成形模具中，加热至550-600℃进行气胀成形，气胀成形所需压力根据成形条件进行实际调控，待层压复合板充分贴模后，将热气胀成形模具升温至610-650℃，气体压力升至10-20MPa，保温保压2-5h，随后，再将热气胀成形模具升温至800-950℃，气体压力仍为10-20MPa，保温保压2-5h，随后卸除压力，随炉冷却至室温后取出成形制件；步骤五、均匀化热处理：将经步骤四处理后的成形制件置于真空热处理炉中，在1100-1200℃下热处理1-2h后，随炉冷却至室温取出制件；步骤六、致密化处理：将经步骤五热处理后的制件重新置于热气胀成形模具中，在900-960℃，20-40MPa气体压力下，保温保压2-4h后取出，最终获得NiAl合金曲面板材构件，完成NiAl合金曲面板材构件的合成制备与成形一体化。本专利技术的有益效果是：一、本专利技术以Ni箔和Al箔为原材料，材料获取方便，成本低廉；二、利用热压工艺使原本处于层叠状态的Ni箔与Al箔扩散连接成为一个整体，能够有效的控制Ni和Al界面间扩散层脆性相的生成，避免扩散层不均匀性的产生。三、热压后直接进行热气胀成形，能够最好的发挥Ni和Al叠层复合板本身的塑性成形能力，易于制备出形状复杂、尺寸精度高的零件。同时，能够明显降低模具钢的使用要求。四、NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法能实现精简加工工序、提高生产力、降低能耗的作用。另外，该技术突破了当前NiAl合金板材构件需先制板坯后成形构件的壁垒，克服了二次变形的弊端；本专利技术适用在具有复杂外形金属间化合物板材构件的成形中。附图说明图1为本专利技术的一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法示意图(图中标记31为曲面板材构件)。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式的一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法包括以下步骤：步骤一、原材料厚度比设计：根据NiAl合金中Ni原子和Al原子的原子个数比，计算Ni箔和Al箔的厚度比；步骤二、表面预处理：将Ni箔和Al箔进行表面清洁处理；步骤三、热压：将经步骤二处理的若干个Ni箔和若干个Al箔交替叠放置于热压模具A的下模13上，施加3-5MPa预压力作用于叠放的箔层上，待热压模具A升温至500℃-600℃，作用箔层上的压力升压至5-20MPa，保温0.5-2h，热压结束后卸除压力，随炉冷却至室温后取出Ni和Al形成的层压复合板；步骤四、气胀成形及反应合成：将经步骤三热压制备的层压复合板置于热气胀成形模具B中，加热至550-600℃进行气胀成形，待层压复合板充分贴模后，将热气胀成形模具B升温至610-650℃，气体压力升至10-20MPa，保温保压2-5h，随后，再将热气胀成形模具升温至800-950℃，气体压力仍为10-20MPa，保温保压2-5h，随后卸除压力，随炉冷却至室温后取出成形制件；步骤五、均匀化热处理：将经步骤四处理后的成形制件置于真空热处理炉C中，在1100-1200℃下热处理1-2h后，随炉冷却至室温取出制件；步骤六、致密化处理：将经步骤五热处理后的制件重新置于热气胀成形模具B中，于900-960℃，20-40MPa气体压力下，保温保压2-4h后取出，最终获得NiAl合金曲面板材构件，完成NiAl合金曲面板材构件的合成制备与成形一体化。本实施方式步骤二中表面清洁处理包括去除表面油污及氧化皮。本实施方式的步骤三中的热压模具A包括下底板11、上底板12、下模13、上模14、上隔热板15、下隔热板16、上水冷板17、下水冷板18和压力机19；下底板11和上底板12之间布置有下水冷板18和上水冷板17，上底板12与上水冷板17连接，下底板11与下水冷板18连接，上水冷板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法，其特征在于：所述NiAl合金曲面板构件的合成制备与成形一体化方法包括以下步骤：步骤一、原材料厚度比设计：根据NiAl合金中Ni原子和Al原子的原子个数比，计算Ni箔和Al箔的厚度比；步骤二、表面预处理：将Ni箔和Al箔进行表面清洁处理；步骤三、热压：将经步骤二处理的若干个Ni箔和若干个Al箔交替叠放置于热压模具的下模上，施加3‑5MPa预压力作用于叠放的箔层上，待热压模具升温至500℃‑600℃，作用箔层上的压力升压至5‑20MPa，保温0.5‑2h，热压结束后卸除压力，随炉冷却至室温后取出Ni和Al形成的层压复合板；步骤四、气胀成形及反应合成：将经步骤三热压制备的层压复合板置于热气胀成形模具中，加热至550‑600℃进行气胀成形，气胀成形所需压力根据成形条件进行实际调控，待层压复合板充分贴模后，将热气胀成形模具升温至610‑650℃，气体压力升至10‑20MPa，保温保压2‑5h，随后，再将热气胀成形模具升温至800‑950℃，气体压力仍为10‑20MPa，保温保压2‑5h，随后卸除压力，随炉冷却至室温后取出成形制件；步骤五、均匀化热处理：将经步骤四处理后的成形制件置于真空热处理炉中，在1100‑1200℃下热处理1‑2h后，随炉冷却至室温取出制件；步骤六、致密化处理：将经步骤五热处理后的制件重新置于热气胀成形模具中，在900‑960℃，20‑40MPa气体压力下，保温保压2‑4h后取出，最终获得NiAl合金曲面板材构件，完成NiAl合金曲面板材构件的合成制备与成形一体化。...

【技术特征摘要】
1.一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法，其特征在于：所述NiAl合金曲面板构件的合成制备与成形一体化方法包括以下步骤：步骤一、原材料厚度比设计：根据NiAl合金中Ni原子和Al原子的原子个数比，计算Ni箔和Al箔的厚度比；步骤二、表面预处理：将Ni箔和Al箔进行表面清洁处理；步骤三、热压：将经步骤二处理的若干个Ni箔和若干个Al箔交替叠放置于热压模具的下模上，施加3-5MPa预压力作用于叠放的箔层上，待热压模具升温至500℃-600℃，作用箔层上的压力升压至5-20MPa，保温0.5-2h，热压结束后卸除压力，随炉冷却至室温后取出Ni和Al形成的层压复合板；步骤四、气胀成形及反应合成：将经步骤三热压制备的层压复合板置于热气胀成形模具中，加热至550-600℃进行气胀成形，气胀成形所需压力根据成形条件进行实际调控，待层压复合板充分贴模后，将热气胀成形模具升温至610-650℃，气体压力升至10-20MPa，保温保压2-5h，随后，再将热气胀成形模具升温至800-950℃，气体压力仍为10-20MPa，保温保压2-5h，随后卸除压力，随炉冷却至室温后取出成形制件；步骤五、均匀化热处理：将经步骤四处理后的成形制件置于真空热处理炉中，在1100-1200℃下热处理1-2h后，随炉冷却至室温取出制件；步骤六、致密化处理：将经步骤五热处理后的制件重新置于热气胀成形模具中，在900-960℃，20-40MPa气体压力下，保温保压2-4h后取出，最终获得NiAl合金曲面板材构件，完成NiAl合金曲面板材构件的合成制备与成形一体化。2.根据权利要求1所述一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法，其特征在于：步骤二中Ni箔和Al箔用细砂纸打磨光亮，之后将其放入丙酮溶液中进行超声波清洗，随后置于蒸馏水中浸泡1min，取出并冷风吹干。3.根据权利要求1所述一种NiAl合金曲面板材构件合...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑世剑，孙营，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23