Ti-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Ti-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法。所述制备方法包括：以钛合金管材作为内管坯和外管坯，中间填充中间夹层，将内管坯和外管坯两端部焊合，使内管坯和外管坯之间的环形腔体为密闭的；然后对内管坯和外管坯之间的环形腔体抽真空，将内管坯、外管坯与中间夹层放入模具内，将内管坯内部填满颗粒介质，并将内管坯、外管坯、金属中间夹层、模具以及颗粒介质升高到设定温度，保证金属中间夹层为固态；通过压头向下移动挤压颗粒介质，使外管坯贴住模具的内壁，然后保压一段时间S，使内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al的扩散和反应，生成Ti-Al金属间化合物。

【技术实现步骤摘要】
T1-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法
本专利技术涉及金属基层状复合材料管类构件制造领域，具体一种T1-Al金属间化合物层状复合材料管及其原位成形制备一体化制造方法，或一种T1-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法。
技术介绍
T1-Al系金属间化合物由于具有密度小、比强度高、高温力学性能和抗氧化性能优异等特点，成为近年来人们研究开发的热点，T1-Al层状复合材料被认为是一类很有发展前景的航空航天高温结构材料，但目前，T1-Al层状复合材料只限于实验阶段，还未有制作成管状或板状以外的T1-Al层状复合材料。随着枪、炮管内腔耐磨损及核工业、航空航天领域管路系统耐高温耐腐蚀等实际应用的迫切需求，T1-Al层状复合管表现出了极大的应用前景。但T1-Al层状复合材料塑性和韧性低、脆性大、难变形，难以加工成管型。
技术实现思路
本专利技术提供一种T1-Al金属间化合物层状复合材料管及其制备方法，以解决T1-Al层状复合材料难成形，难以加工成管型的问题。为此，本专利技术提出一种T1-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，所述T1-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法包括:步骤A:以钛或钛合金管材作为内管坯和外管坯，内管坯和外管坯中间填充金属中间夹层，所述中间夹层的材质为铝箔或铝粉，将内管坯和外管坯两端部焊合，使内管坯和外管坯之间的环形腔体为密闭的，使所述内管坯为中空的；步骤B:然后对内管坯和外管坯之间的环形腔体抽真空，将内管坯、外管坯与中间夹层放入模具内，将所述内管坯内部填满颗粒介质，以固体颗粒作为传压介质，并将内管坯、外管坯、金属中间夹层、模具以及颗粒介质升高到设定温度T，保证金属中间夹层为固态；步骤C:通过压头向下移动挤压设置在所述内管坯内部的颗粒介质，颗粒介质在压头的挤压下，对内管坯和外管坯产生径向挤压力，使外管坯贴住模具的内壁，并使内管坯、外管坯与金属中间夹层相互压紧，然后保压一段时间S，使内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al的扩散和反应，使得内管坯、外管坯与中间夹层接触界面生成T1-Al金属间化合物；然后，冷却至室温，得到T1-Al金属间化合物层状复合材料管。进一步地，所述中间夹层的材质为铝箔或铝粉。进一步地，所述步骤A发生在常温常压下。进一步地，所述颗粒介质为沙子或陶瓷丸。进一步地，所述设定温度T为580至660°C。进一步地,所述时间S为4个小时,所述沙子的粒径为不得大于0.4mm,所述T1-Al金属间化合物层状复合材料管内壁的表面用肉眼看无明显压痕。进一步地，所述生成的T1-Al金属间化合物为Al3Ti金属间化合物。进一步地，所述内管坯和外管坯均为圆柱形管坯，沿所述内管坯和外管坯的轴向截面，所述模具的内壁的表面曲率与所述外管坯的外壁的表面曲率不同或相同，所述压头的形状为锥形。进一步地，所述模具的内壁包括:球形弧面或者椭球形弧面或长方柱形面或三棱柱形面。本专利技术还提出一种T1-Al金属间化合物层状复合材料管，T1-Al金属间化合物层状复合材料管的形状为管状，所述T1-Al金属间化合物层状复合材料管包括:内侧的钛表层、外侧的钛表层以及位于内侧的钛表层和外侧的钛表层之间的T1-Al金属间化合物层。进一步地,所述T1-Al金属间化合物层为Al3Ti。进一步地，T1-Al金属间化合物层状复合材料管采用前面所述的制备方法制成。本专利技术制备的T1-Al层状复合管结合界面，即内管坯、外管坯与中间夹层接触界面生成T1-Al金属间化合物，不止是冶金结合，而是产生金属间化合物强化层。本专利技术不是采用粉末烧结法，而是采用两层成品金属管，原位反应生成金属间化合物。本专利技术能够制造出T1-Al层状复合管构件，尤其能够实现异形截面及接头类T1-Al层状复合管构件的制造。本专利技术制作的T1-Al层状复合管，制造周期短，成形精度高。本专利技术将复合管成形与制备在一个工艺流程内完成，复合管制造周期短，成形精度高。进而，本专利技术采用颗粒介质作为传压介质，具有成本低、压力可控、模具简单和易密封等优点。【附图说明】图1为根据本专利技术实施例的T1-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法的工作原理示意图附图标号说明:1-内管坯，2-外管坯，3-金属中间夹层，4模具，5-颗粒介质，6-压头【具体实施方式】为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本专利技术。本专利技术提出一种T1-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，如图1所示，所述T1-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法包括:步骤A:以钛或钛合金管材作为内管坯I和外管坯2，内管坯I和外管坯2中间填充金属中间夹层3，中间夹层的材质为铝箔或铝粉，将内管坯I和外管坯2两端部焊合，使内管坯和外管坯之间的环形腔体为密闭的，形成密封口袋，使所述内管坯I为中空的；所述步骤A例如发生在常温常压下，简化了加工条件；步骤B:然后对内管坯和外管坯之间的环形腔体抽真空，以防止加工过程中的氧化，将内管坯、外管坯与中间夹层放入模具4内，将所述内管坯I内部填满颗粒介质5，以固体颗粒作为传压介质，并将内管坯、外管坯、金属中间夹层、模具以及颗粒介质升高到设定温度T，保证金属中间夹层3为固态，或保证金属中间夹层3未熔化；步骤C:通过压头6向下移动挤压设置在所述内管坯内部的颗粒介质5，颗粒介质5在压头6的挤压下，对内管坯I和外管坯2产生径向挤压力，使和外管坯2贴住模具6的内壁，并使内管坯1、外管坯2与金属中间夹层3相互压紧，紧密接触，然后保压一段时间S，使内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al充分的扩散和反应，使得内管坯、外管坯与中间夹层接触界面生成T1-Al金属间化合物；然后，冷却至室温，得到含有T1-Al金属间化合物层状复合材料管或管状的T1-Al金属间化合物层状复合材料。例如，所述生成的T1-Al金属间化合物为Al3Ti金属间化合物，该T1-Al金属间化合物能够利用Ti层良好的变形能力，能够防止裂纹尖端的形成，从而使T1-A13Ti层状复合材料具有良好的损伤容限性能，既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，可以耐高温耐腐蚀。进一步地，所述中间夹层3的材质为铝箔或铝粉，以使得内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al充分的扩散和反应。进一步地，通过控制颗粒介质的大小能够保证层状复合管件内壁的表面质量，同时，颗粒介质5传递压力沿轴线呈非均匀分布，且与压头6的端头形状和压入深度形成配合，使得颗粒介质5传递压力具有可控性。作为较佳的选择，所述颗粒介质为沙子或陶瓷丸，这样可以获得T1-Al金属间化合物层状复合材料管内壁较好的表面质量。进一步地，设定温度T为580至660°C，以实现内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al充分的扩散和反应，作为较佳的选择，设定温度T为620°C，反映速度快，所述时间S为至少4个小时，而且铝箔或铝粉不会融化所述沙子的粒径为不得大于0.4mm,所述T1-Al金属间化合物层状复合材料管内壁的表面用肉眼看无明显压痕，以便后续的加工质量。进一步地，所述内管坯和外管坯的材质为TA16，以保证T1-Al金属间化合物层状复合材料的反应。进一步地，如图1所示，所述内管坯I和外管坯2均为圆柱形管坯，沿所述内管坯I和外管坯2的轴向截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ti?Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述Ti?Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法包括：步骤A：以钛或钛合金管材作为内管坯和外管坯，内管坯和外管坯中间填充金属中间夹层，所述中间夹层的材质为铝箔或铝粉，将内管坯和外管坯两端部焊合，使内管坯和外管坯之间的环形腔体为密闭的，使所述内管坯为中空的；步骤B：然后对内管坯和外管坯之间的环形腔体抽真空，将内管坯、外管坯与中间夹层放入模具内，将所述内管坯内部填满颗粒介质，以固体颗粒作为传压介质，并将内管坯、外管坯、金属中间夹层、模具以及颗粒介质升高到设定温度T，保证金属中间夹层为固态；步骤C：通过压头向下移动挤压设置在所述内管坯内部的颗粒介质，颗粒介质在压头的挤压下，对内管坯和外管坯产生径向挤压力，使外管坯贴住模具的内壁，并使内管坯、外管坯与金属中间夹层相互压紧，然后保压一段时间S，使内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al的扩散和反应，使得内管坯、外管坯与中间夹层接触界面生成Ti?Al金属间化合物；然后，冷却至室温，得到含有Ti?Al金属间化合物层的层状复合管。

【技术特征摘要】
1.一种T1-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述T1-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法包括: 步骤A:以钛或钛合金管材作为内管坯和外管坯，内管坯和外管坯中间填充金属中间夹层，所述中间夹层的材质为铝箔或铝粉，将内管坯和外管坯两端部焊合，使内管坯和外管坯之间的环形腔体为密闭的，使所述内管坯为中空的； 步骤B:然后对内管坯和外管坯之间的环形腔体抽真空，将内管坯、外管坯与中间夹层放入模具内，将所述内管坯内部填满颗粒介质，以固体颗粒作为传压介质，并将内管坯、夕卜管坯、金属中间夹层、模具以及颗粒介质升高到设定温度T，保证金属中间夹层为固态； 步骤C:通过压头向下移动挤压设置在所述内管坯内部的颗粒介质，颗粒介质在压头的挤压下，对内管还和外管还产生径向挤压力，使外管还贴住模具的内壁，并使内管还、夕卜管坯与金属中间夹层相互压紧，然后保压一段时间S，使内管坯、外管坯与金属中间夹层接触界面发生Ti和Al的扩散和反应，使得内管坯、外管坯与中间夹层接触界面生成T1-Al金属间化合物； 然后，冷却至室温，得到含有T1-Al金属间化合物层的层状复合管。2.如权利要求1所述的T1-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述颗粒介质为沙子或陶瓷丸。3.如权利要求1所述的T1-Al金属间化合物层状复合材料管的制备方法，其特征在于，所述步骤A发生在常温常压下。4.如权利要求1所述的T1-Al金属间化合物层状复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣霞，吴为，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：