一种Ｔｉ２ＡｌＮ／ＴｉＡｌ复合材料组分精确调控的制备方法技术

一种Ｔｉ２ＡｌＮ／ＴｉＡｌ复合材料组分精确调控的制备方法，它涉及一种复合材料的制备方法。本发明专利技术解决了现有制备Ｔｉ２ＡｌＮ／ＴｉＡｌ复合材料的方法易引入杂质，难以实现大范围控制Ｔｉ２ＡｌＮ体积分数的问题。本方法如下：一、将Ｔｉ粉、Ａｌ粉、ＴｉＮ粉粉末按一定比例放入液体分散剂中球磨后烘干，得混合粉体；二、将混合粉体放入石墨模具中，然后分别在７００℃、９００℃、１３００℃的条件下保温保压，再随炉冷却至室温，即得Ｔｉ２ＡｌＮ／ＴｉＡｌ复合材料。本发明专利技术制备Ｔｉ２ＡｌＮ／ＴｉＡｌ复合材料的方法不引入杂质，通过调整ＴｉＮ粉的加入量可以大范围控制Ｔｉ２ＡｌＮ的体积分数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料的制备方法。
技术介绍
目前报道的Ti2AlN/TiAl复合材料的制备方法主要有以下两种 喷射沉积法以Ti、Al为喷射物质，喷射气氛为混合气体(氮气+氢气)，Ti液滴、Al液滴在飞行过程中表面渗氮，随后飞行的液滴落在已经预热的基板上，在基板上进一步反应后形成目标复合材料。此方法的缺点是Ti、Al液滴表面吸附N元素的数量有限，因此难以大范围控制Ti2AlN的体积分数；得到的材料中还含有少量其他种类的氮化物和Ti-Al系化合物，导致材料不纯；所得材料中的Ti2AlN呈波浪状分布，导致材料各向异性；复合材料中含有一定数量的孔洞。 机械合金化法以Ti粉、A1粉为原材料，在空气下机械球磨混合粉体，撞击过程中 使Ti、Al颗粒表面吸附一定数量的N元素，同时也不可避免的吸附一定数量的0元素，机械 球磨混合后的粉体经过真空或氩气气氛热压烧结后最终得到目标复合材料。此方法的缺点 是由于前期混粉过程中引入了 0元素，所以最终材料中含有八1203杂质相；通过表面吸附、反应引进N元素，N元素的含量较少，难以实现大范围控制Ti2AlN的体积分数。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了解决现有制备Ti2AlN/TiAl复合材料的方法易 引入杂质，难以实现大范围控制Ti2AlN体积分数的问题，提供了一种Ti2AlN/TiAl复合材料 组分精确调控的制备方法。 本专利技术一种Ti2AlN/TiAl复合材料组分精确调控的制备方法如下一、将Ti粉、A1 粉、TiN粉和合金元素粉末放入液体分散剂中，然后在Ti粉、Al粉、TiN粉和合金元素粉末 总重量与磨球重量比为1 : 5、转速为300转/分钟的条件下球磨3小时 24小时，然后 在温度为50°C IO(TC条件下烘干，得混合粉体；二、将混合粉体放入石墨模具中，以10°C / 分钟的升温速率从室温升至70(TC，然后在70(TC、压强为20MPa 60MPa的条件下保温保 压1小时 4小时；三、将经过步骤二处理的放入混合粉体的石墨模具以l(TC /分钟的升 温速率从70(TC升至90(TC，然后在90(TC、压强为20MPa 60MPa的条件下保温保压1小 时 4小时；四、将经过步骤三处理的放入混合粉体的石墨模具以l(TC /分钟的升温速率 从90(TC升至1300°C ，然后在1300°C 、压强为20MPa 60MPa的条件下保温保压0. 5小时 2小时，再随炉冷却至室温，即得Ti2AlN/TiAl复合材料；步骤一中合金元素的加入量为Ti 粉、Al粉、TiN粉和合金元素粉末总重量的1% 5%， Ti粉与Al粉的质量比为62. 74 95.22 : 34. 78 48. 17，Ti粉与TiN粉的质量比为62. 74 95. 22 : 7. 58 68. 26 ;步骤 一中所述的液体分散剂为酒精、丙酮或蒸馏水；步骤一中所述的合金元素为Nb、 Cr、 Mn、 Si 及B中的一种或其中几种的组合。 本专利技术步骤二至四中依次发生如下反应Ti+Al — TiAl3+Ti3Al ;TiAl3+Ti3Al — TiAl+TiAl2 ;扩散均匀化的过程中TiAl2全部转化为TiAl ; TiAl+TiN — Ti2AlN，然后TiAl和生成的Ti2AlN形成Ti2AlN/TiAl复合材料。 本专利技术制备Ti2AlN/TiAl复合材料的方法不引入杂质，通过调整TiN粉的加入量 可以大范围控制Ti2AlN的体积分数，本专利技术所得TkAlN增强TiAl基复合材料中Ti2AlN的 体积分数为10% 90%， TiAl基体中Ti的原子百分比为45% 65%。附图说明 图1是具体实施方式i^一所得TiAl材料的组织照片；图2是具体实施方式十二 所得T^A1N增强TiAl基复合材料的组织照片；图3是具体实施方式十三所得T^A1N增强 TiAl基复合材料的组织照片；图4是具体实施方式十一所得TiAl材料具体实施方式十二 所得Ti2AlN增强TiAl基复合材料及具体实施方式十三所得Ti2AlN增强TiAl基复合材料 的XRD曲线对比图，图中a表示具体实施方式i^一所得TiAl材料的XRD曲线，b表示具体 实施方式十二所得Ti2AlN增强TiAl基复合材料，c表示具体实施方式十三所得Ti2AlN增 强TiAl基复合材料，令表示TiAl， B表示Ti3Al， A表示Ti2AlN。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一 本实施方式中一种Ti2AlN/TiAl复合材料组分精确调控的制备 方法如下一、将Ti粉、Al粉、TiN粉和合金元素粉末放入液体分散剂中，然后在Ti粉、Al 粉、TiN粉和合金元素粉末总重量与磨球重量比为l : 5、转速为300转/分钟的条件下球磨 3小时 24小时，然后在温度为50°C IO(TC条件下烘干，得混合粉体；二、将混合粉体放 入石墨模具中，以10°C /分钟的升温速率从室温升至700°C ，然后在700°C 、压强为20MPa 60MPa的条件下保温保压1小时 4小时；三、将经过步骤二处理的放入混合粉体的石墨 模具以10°C /分钟的升温速率从70(TC升至90(TC，然后在90(TC、压强为20MPa 60MPa 的条件下保温保压1小时 4小时；四、将经过步骤三处理的放入混合粉体的石墨模具以 l(TC /分钟的升温速率从900。C升至1300。C，然后在1300。C、压强为20MPa 60MPa的条件 下保温保压0. 5小时 2小时，再随炉冷却至室温，即得Ti2AlN增强TiAl基复合材料；步 骤一中合金元素的加入量为Ti粉、A1粉、TiN粉和合金元素粉末总重量的1% 5%，Ti粉 与A1粉的质量比为62. 74 95. 22 : 34. 78 48. 17， Ti粉与TiN粉的质量比为62. 74 95. 22 : 7. 58 68. 26。 本实施方式所得Ti^lN增强TiAl基复合材料中Ti^lN的体积分数为10 % 90%， TiAl基体中Ti的原子百分比为45% 65%。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的液体分 散剂为酒精、丙酮或蒸馏水，其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中所述的合 金元素为Nb、 Cr、 Mn、 Si及B中的一种或其中几种的组合。其它与具体实施方式一或二相 同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三不同的是步骤一中球磨时间为15小时。其它与具体实施方式一至三相同。 具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至四不同的是步骤二中在 70(TC、压强为40MPa的条件下保温保压。其它与具体实施方式一至四相同。 具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至五不同的是步骤二中保温保压 时间为3小时。其它与具体实施方式一至五相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一至六不同的是步骤三中将经过步 骤二处理的放入混合粉体的石墨模具在90(TC、压强为50MPa的条件下保温保压。其它与具 体实施方式一至六相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一至七不同的是步骤三中保温保压 时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｔｉ↓［２］ＡｌＮ／ＴｉＡｌ复合材料组分精确调控的制备方法，其特征在于Ｔｉ↓［２］ＡｌＮ／ＴｉＡｌ复合材料组分精确调控的制备方法如下：一、将Ｔｉ粉、Ａｌ粉、ＴｉＮ粉和合金元素粉末放入液体分散剂中，然后在Ｔｉ粉、Ａｌ粉、ＴｉＮ粉和合金元素粉末总重量与磨球重量比为１∶５、转速为３００转／分钟的条件下球磨３小时～２４小时，然后在温度为５０℃～１００℃条件下烘干，得混合粉体；二、将混合粉体放入石墨模具中，以１０℃／分钟的升温速率从室温升至７００℃，然后在７００℃、压强为２０ＭＰａ～６０ＭＰａ的条件下保温保压１小时～４小时；三、将经过步骤二处理的放入混合粉体的石墨模具以１０℃／分钟的升温速率从７００℃升至９００℃，然后在９００℃、压强为２０ＭＰａ～６０ＭＰａ的条件下保温保压１小时～４小时；四、将经过步骤三处理的放入混合粉体的石墨模具以１０℃／分钟的升温速率从９００℃升至１３００℃，然后在１３００℃、压强为２０ＭＰａ～６０ＭＰａ的条件下保温保压０．５小时～２小时，再随炉冷却至室温，即得Ｔｉ↓［２］ＡｌＮ／ＴｉＡｌ复合材料；步骤一中合金元素的加入量为Ｔｉ粉、Ａｌ粉、ＴｉＮ粉和合金元素粉末总重量的１％～５％，Ｔｉ粉与Ａｌ粉的质量比为６２．７４～９５．２２∶３４．７８～４８．１７，Ｔｉ粉与ＴｉＮ粉的质量比为６２．７４～９５．２２∶７．５８～６８．２６。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东立，孙涛，韩秀丽，修子扬，武高辉，白亚冠，郭强，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]