基于多级增强的钛铝系合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于多级增强的钛铝系合金，该钛铝系合金包括骨架增强体和包裹着骨架增强体的铝基体；铝基体为铝或铝合金，骨架增强体为三维网状结构的钛或钛合金，骨架增强体构成合金的骨架增强结构；骨架增强体的表面包裹镀层材料，镀层材料为粘结剂均匀混合镀层粉末形成的混合物，镀层粉末为Nb粉；镀层材料与铝基体形成金属中间相，金属中间相与镀层材料构成合金的界面增强结构；骨架增强结构和界面增强结构实现对钛铝系合金的多级增强。本发明专利技术还提供一种基于多级增强的钛铝系合金的制备方法。本发明专利技术的合金通过骨架结构增强和界面增强的多级增强方式，在不增加密度的同时，提升了铝合金的综合性能，得到高材料利用率且性能优异的铝合金材料。优异的铝合金材料。优异的铝合金材料。

【技术实现步骤摘要】
基于多级增强的钛铝系合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及粉末冶金
，具体而言涉及一种基于多级增强的钛铝系合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝元素在地壳中拥有着丰富的含量，仅次于氧和硅，且铝易氧化，在表面产生致密的钝化膜，在大气和水、油等介质中都有较强的抗腐蚀性能，铝由于导热性好，密度低，比强度高和耐蚀性等优良的性能，成为生活中不可或缺的元素，在铝中添加不同元素和采用不同的加工方式，可以形成性能各异的铝合金，在生产和生活中发挥着不可或缺的作用。
[0003]随着时代的发展，单一的传统铝合金难以满足生产实践和生活的需求。钛铝合金是一种综合性能良好的轻质合金，拥有着比强度高、耐热、耐蚀等优良的性能，广泛应用于航天航空等领域。但是钛铝合金在应用过程中，仍然存在机械性能不足的问题，且钛铝合金会产生金属间化合物，如Ti3Al、Ti3Al、TiAl等，Ti3Al在高温中会存在性能使用不稳定，抗氧化性较差，且Ti3Al存在塑性较差，难以机械加工，这些中间相也会导致合金性能降低、抗氧化性能低以及加工困难等问题，从而限制合金的应用范围。
[0004]公开号为CN106868338A的中国专利文献公开了一种取向增强的含钨高铌钛铝合金，所述合金成分为：Al 45.0％
‑
48.0％、Nb 5.0％
‑
8.0％、W 0.2％
‑
0.8％，其余为Ti，该合金不仅具有细小均匀的全片层组织，而且片层组织方向与定向凝固生长方向的夹角为0
°
或者接近0
°
，能够进一步提高其综合力学性能。
[0005]公开号为CN107400803A的中国专利文献公开了一种钛铝合金材料，该钛铝合金材料由基体材料、增韧相和增强相组成，其中，基体材料包括以下质量份数：Ti 70
‑
72.5；Al 25； Mo 1；增韧相包括以下质量份数：HfC 0.8
‑
1.5；Ta 0.5；VN 0.2
‑
2；增强相为石墨烯，所配质量份数为0
‑
1.5，该钛铝合金材料具有比较高的机械性能。
[0006]虽然，以上的改进在一定程度上提高了钛铝合金的综合性能，但当需要更高需求时，其综合性能仍然达不到要求，且钛铝合金中钛的含量过高，在一定程度上增加了成本，材料利用率低，不利于材料的进一步应用推广。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于多级增强的钛铝系合金，该钛铝系合金通过骨架结构增强和界面增强的多级增强方式，在不增加密度的同时，提升了铝合金的综合性能，得到高材料利用率且性能优异的铝合金材料。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种基于多级增强的钛铝系合金的制备方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]一种基于多级增强的钛铝系合金，该钛铝系合金包括骨架增强体和包裹着骨架增强体的铝基体；
[0011]其中，所述铝基体为铝或铝合金，所述骨架增强体为钛或钛合金，骨架增强体为三
维网状结构，所述骨架增强体构成钛铝系合金的骨架增强结构；
[0012]所述骨架增强体的表面包裹镀层材料，所述镀层材料为粘结剂均匀混合镀层粉末形成的混合物，所述镀层粉末为Nb粉；所述镀层材料与铝基体形成金属中间相，所述金属中间相与镀层材料构成钛铝系合金的界面增强结构；
[0013]所述骨架增强结构和界面增强结构实现了钛铝系合金的多级增强。
[0014]优选的，所述镀层材料的厚度为4
‑
6mm。
[0015]优选的，所述粘结剂为具有粘度的水基粘结剂或有机粘结剂，粘结剂的粘度为 1
×
106‑
25
×
106cP。
[0016]优选的，三维网状结构为层状蜂窝结构，并由棒状体或柱状体排列组成。
[0017]优选的，所述棒状体的直径为6
‑
8mm，所述柱状体的边长为6
‑
8mm。
[0018]优选的，以质量百分数计，骨架增强体含量为20％
‑
40％，镀层粉末含量为1％
‑
5％，其余为铝基体。
[0019]一种上述基于多级增强的钛铝系合金的制备方法，具体包括以下步骤：
[0020]采用增材制造，将钛或钛合金按照骨架结构进行打印，得到骨架增强体，同时将粘结剂和镀层粉末充分混合，形成镀层材料；
[0021]将骨架增强体的表面包裹镀层材料，然后通过将骨架增强体置于热处理炉中，加热升温，是镀层致密化；
[0022]将包裹了镀层材料的骨架增强体置于模具中，向模具中填充基体粉末，直至基体粉末彻底包裹骨架，再将模具置于烧结炉中，真空下升温加热至烧结温度Ts，烧结完成后随炉冷却至室温后取出，即为所述钛铝系合金。
[0023]优选的，所述粘结剂为具有粘度的水基粘结剂或有机粘结剂，粘结剂的粘度为 1
×
106‑
25
×
106cP；所述镀层粉末为Nb粉。
[0024]优选的，所述镀层材料的厚度为4
‑
6mm。
[0025]优选的，填充基体粉末时，基体粉末彻底包裹骨架，并超出10mm。
[0026]优选的，烧结温度Ts满足公式(1):
[0027]Ts＝(0.3～0.4)Tm
ꢀꢀꢀ
(1)
[0028]其中，Tm为基体粉末的熔融温度。
[0029]本专利技术的有益效果在于:
[0030]1、本专利技术通过特有的钛或钛合金骨架增强体对复合材料进行骨架结构增强，提升复合材料整体的强度和耐蚀性、抗氧化性，而通过在骨架增强体表面包裹镀层材料，镀层材料Nb 粉与铝或铝合金基体之间形成具有良好性能的Nb
‑
Al金属中间化合物，提高裂纹扩展的能力，提升复合材料的机械性能，从而起到界面增强的作用，同时因包裹的镀层材料的隔绝，避免了钛和铝之间产生脆相Ti
‑
Al，保证界面结合良好，进一步加强了界面增强作用；由此，通过骨架结构增强的强化效果和界面增强的强化机制，形成多级增强，协同作用，极大地提高了钛铝系合金的综合性能。
[0031]2、本专利技术结合增材制造和粉末冶金制备钛铝系合金，采用增材制造的方法打印增强相从而保证增强相结构的可控性，而钛或钛合金的骨架增强体，因其为具有空腔的骨架结构，减少了钛的使用，提高了材料的利用率，且通过多级增强，在不增加钛铝系合金密度的同时，还可以提升了合金的综合性能，得到高材料利用率且性能优异的钛铝系合金，同时
降低了生产的成本。
附图说明
[0032]图1是本专利技术的骨架增强体的结构示意图。
[0033]图2是本专利技术的骨架增强体的结构示意图。
[0034]图3是本专利技术的填充示意图。
具体实施方式
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多级增强的钛铝系合金，其特征在于，该钛铝系合金包括骨架增强体和包裹着骨架增强体的铝基体；其中，所述铝基体为铝或铝合金，所述骨架增强体为钛或钛合金，骨架增强体为三维网状结构，所述骨架增强体构成钛铝系合金的骨架增强结构；所述骨架增强体的表面包裹镀层材料，所述镀层材料为粘结剂均匀混合镀层粉末形成的混合物，所述镀层粉末为Nb粉；所述镀层材料与铝基体形成金属中间相，所述金属中间相与镀层材料构成钛铝系合金的界面增强结构；所述骨架增强结构和界面增强结构实现对钛铝系合金的多级增强。2.根据权利要求1所述的基于多级增强的钛铝系合金，其特征在于，所述镀层材料的厚度为4
‑
6mm。3.根据权利要求1所述的基于多级增强的钛铝系合金，其特征在于，所述粘结剂为具有粘度的水基粘结剂或有机粘结剂，粘结剂的粘度为1
×
106‑
25
×
106cP。4.根据权利要求1所述的基于多级增强的钛铝系合金，其特征在于，三维网状结构为层状蜂窝结构，并由棒状体或柱状体排列组成。5.根据权利要求1所述的基于多级增强的钛铝系合金，其特征在于，所述棒状体的直径为6
‑
8mm，所述柱状体的边长为6
‑
8mm。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的基于多级增强的钛铝系合金，其特征在于，以质量百分数计，骨架增强体含量为20％
‑
40％，镀层粉末含...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艳华，曹夕浩，孙中刚，戴国庆，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：