專利名稱：一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti₂AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
TiAl合金良好的高溫強(qiáng)度、蠕變抗力以及抗氧化性等特性，使其成為一種極具應(yīng)用潛力的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。但其室溫塑性和熱變形能力差、高溫下組織不穩(wěn)定等不足限制了其廣泛應(yīng)用。因此通過引入增強(qiáng)體以改善TiAl合金性能的方法引起了廣泛關(guān)注。采用Ti2AlN陶瓷作為增強(qiáng)體，制備Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的關(guān)鍵在于如何引入第三種元素——氮。目前報(bào)道的Ti2AlN增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法及存在的問題如下(1)噴射沉積法在氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚夥罩?，將Ti、Al噴射到事先預(yù)熱的基板上，經(jīng)隨后的進(jìn)一步反應(yīng)形成目標(biāo)復(fù)合材料。N元素通過Ti、Al液滴在飛行過程中的表面滲氮引入。缺點(diǎn)是液滴飛行時(shí)間短，表面滲氮量有限，因此難以大范圍控制Ti2AlN的體積分?jǐn)?shù)；得到的材料中難以形成單一的Ti2AlN增強(qiáng)相，還含有少量其他種類的氮化物；所得材料中Ti2AlN呈波浪狀分布，導(dǎo)致材料呈現(xiàn)各向異性；材料的致密度尚待進(jìn)一步提高。(2)機(jī)械合金化法以Ti、Al粉體為原材料，在空氣環(huán)境下機(jī)械球磨?？諝庵蠳元素通過撞擊過程中的溫升及顆粒表面活性的提高滲入混合粉體中。滲入N元素的粉體經(jīng)過真空或在氬氣氣氛下熱壓燒結(jié)后最終得到目標(biāo)復(fù)合材料。此方法缺點(diǎn)是球磨過程中，0以及罐體材料元素必不可免的會(huì)引入到混合粉體中，致使最終材料不純，含有Al2O3等雜質(zhì)相；N 元素的吸附量較少，難以大范圍控制復(fù)合材料中Ti2AlN的體積分?jǐn)?shù)。(3)熱壓燒結(jié)法以Ti、Al、TiN粉為原料，經(jīng)過混料或球磨合金化使三種原料顆?；旌暇鶆?，進(jìn)而使三種元素達(dá)到均勻分布狀態(tài)，經(jīng)真空或惰性氣體氣氛熱壓燒結(jié)后最終得到均勻彌散分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl復(fù)合材料。缺點(diǎn)是三種原料粉體很難均勻混合， 易造成Ti2AlN增強(qiáng)體顆粒團(tuán)聚，需要長時(shí)間球磨以減少團(tuán)聚；

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料及其制備方法，得到的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布于TiAl基體中，使得復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度提高，力學(xué)性能好。本發(fā)明的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料由Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相和TiAl基體組成，其中Ti2AlN顆粒呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布于TiAl基體中。本發(fā)明的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩校瑢⑩伔奂訜嶂?00°C 600°C，并保溫滲氮12 48小時(shí)，得滲氮鈦粉；二、按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 16 27的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉，將稱取的滲氮鈦粉和鋁粉混合后加入液體分散劑后球磨混料5 20h，得濕混料，再將濕混料烘干得混合粉體；三、將步驟二得到的混合粉體冷壓成型后放入石墨模具中，再將石墨模具放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行熱壓燒結(jié)得三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料，其中熱壓燒結(jié)工藝為由室溫升溫至600°C 800°C，然后加壓至20 60MPa，保溫保壓1 4小時(shí)，再升溫至1250°C 1350°C，保溫保壓0. 5 2小時(shí)后，將壓力卸載，再升溫至1380°C 1450°C，保溫0. 5小時(shí)，再隨爐冷卻。本發(fā)明的制備方法制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料由Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相和TiAl基體組成，其中，Ti2AlN顆粒呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布于TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來，TiAl基體組織被細(xì)化，形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。與Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相彌散分布于TiAl基體中的復(fù)合材料相比，本發(fā)明制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料具有更高的組織熱穩(wěn)定性，高溫條件下長時(shí)間穩(wěn)定服役性能好，高溫壓縮強(qiáng)度有較大提高，900°C下的壓縮強(qiáng)度達(dá)到 958.9MPa。本發(fā)明的制備方法首先通過步驟一得到滲氮鈦粉，然后滲氮鈦粉和鋁粉的混合料在隨后熱壓燒結(jié)過程中，低熔點(diǎn)的鋁首先熔化，向滲氮鈦粉中擴(kuò)散，形成表面富氮的TiAl 合金粉，隨后在TiAl合金粉的接觸界面處原位生成Ti2AlN相，生成的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相將 TiAl晶團(tuán)包圍起來，阻止了 TiAl晶團(tuán)的長大融合，TiAl基體組織被細(xì)化，形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。通過控制步驟一中的滲氮時(shí)間，得到不同滲氮量的鈦粉，進(jìn)而控制生成的Ti2AlN的量，從而控制復(fù)合材料中呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN的體積分?jǐn)?shù)； 通過控制步驟二中滲氮鈦粉與鋁粉的比例，調(diào)控基體的成分，進(jìn)而控制TiAl基體的顯微組
幺口
/Ν ο利用本發(fā)明步驟三的熱壓燒結(jié)工藝制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料屬于近凈成形，燒結(jié)制備的零件不需要或需要少量的后續(xù)加工。


圖1是試驗(yàn)1制備的的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的掃描電子顯微照片；圖2是試驗(yàn)2制備的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的掃描電子顯微照片；圖3是試驗(yàn)2制備的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的X-射線衍射譜圖其中，▲代表TiAl， 代表Ti2AlN, Δ代表Ti3Al。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式為三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料，其由Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相和TiAl基體組成，其中Ti2AlN顆粒呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布于TiAl 基體中。本實(shí)施方式的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中，增強(qiáng)相 Ti2AlN顆粒呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來，TiAl基體組織被細(xì)化，形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。
本實(shí)施方式的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中，Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)約為10% 70%，其余為TiAl基體。與Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相彌散分布于TiAl基體中的復(fù)合材料相比，本實(shí)施方式的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料具有更高的組織熱穩(wěn)定性，高溫條件下長時(shí)間穩(wěn)定服役性能好，及高溫壓縮強(qiáng)度也有所提高，900°C下的壓縮強(qiáng)度達(dá)到958. 9MPa。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式為具體實(shí)施方式
一所述的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩校瑢⑩伔奂訜嶂?00°C 600°C，并保溫滲氮12 48小時(shí)，得滲氮鈦粉；二、按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 16 27的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉，將稱取的滲氮鈦粉和鋁粉混合后加入液體分散劑后球磨混料5 20h，得濕混料，再將濕混料烘干得混合粉體；三、將步驟二得到的混合粉體冷壓成型后放入石墨模具中，再將石墨模具放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行熱壓燒結(jié)得三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料，其中熱壓燒結(jié)工藝為由室溫升溫至600°C 800°C，然后加壓至20 60MPa，保溫保壓1 4小時(shí)，再升溫至1250°C 1350°C，保溫保壓0. 5 2小時(shí)后，將壓力卸載，再升溫至1380°C 1450°C，保溫0. 5小時(shí)， 再隨爐冷卻。本實(shí)施方式制備方法制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料由Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相和TiAl基體組成，其中，增強(qiáng)相Ti2AlN顆粒呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在 TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來，TiAl基體組織被細(xì)化，形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。本實(shí)施方式的制備方法首先通過步驟一得到滲氮鈦粉，然后滲氮鈦粉和鋁粉的混合料在熱壓燒結(jié)過程中，低熔點(diǎn)的鋁首先熔化，向滲氮鈦粉中擴(kuò)散，形成表面富氮的TiAl 合金粉，隨后在TiAl合金粉的接觸界面處原位生成Ti2AlN相，生成的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相將 TiAl晶團(tuán)包圍起來，阻止了 TiAl晶團(tuán)的長大融合，TiAl基體組織被細(xì)化，形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。通過控制步驟一中的滲氮時(shí)間，得到不同滲氮量的鈦粉，進(jìn)而控制生成的Ti2AlN的量，從而控制復(fù)合材料中呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN的體積分?jǐn)?shù)； 通過控制步驟二中滲氮鈦粉與鋁粉的比例，調(diào)控基體的成分，進(jìn)而控制TiAl基體的顯微組
幺口
/Ν ο利用本實(shí)施方式步驟三的熱壓燒結(jié)工藝制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料屬于近凈成形，燒結(jié)制備的零件不需要或需要少量的后續(xù)加工。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二不同的是步驟一中在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩?，將鈦粉加熱?00°C，并保溫滲氮M小時(shí)，得滲氮鈦粉。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二或三不同的是步驟一中流動(dòng)的氮?dú)鈿夥帐且?00 600毫升/分鐘的氣體流速流動(dòng)的。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二或三相同。本實(shí)施方式中優(yōu)選的是，以500毫升/分鐘的氣體流速流動(dòng)。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二、三或四不同的是步驟二中按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 20. 25的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二、三或四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二至五之一不同的是步驟二中的球磨混料具體參數(shù)為球料質(zhì)量比為5 1，轉(zhuǎn)速為100 150r/min，混料時(shí)間為5 20小時(shí)。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二至五之一相同。本實(shí)施方式中轉(zhuǎn)速優(yōu)選的是120r/min。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二至六之一不同的是步驟三中熱壓燒結(jié)工藝為由室溫升溫至650°C 750°C，然后加壓至30 50MPa，保溫保壓1. 5 3小時(shí)，再升溫至1280°C 1320°C，保溫保壓0.8 1. 5小時(shí)后，將壓力卸載，再升溫至 1380°C 1400°C，保溫0. 5小時(shí)，再隨爐冷卻。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二至六之一不同的是步驟三中熱壓燒結(jié)工藝為由室溫升溫至700°C，然后加壓至40MPa，保溫保壓2小時(shí)，再升溫至1300°C， 保溫保壓1小時(shí)后，將壓力卸載，再升溫至1380°C，保溫0. 5小時(shí)，再隨爐冷卻。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二至六之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二至八之一不同的是步驟三中熱壓燒結(jié)工藝的升溫過程中控制升溫速率為5 15°C /分鐘。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
二至八之一相同。本實(shí)施方式中優(yōu)選的是，控制升溫速率為10°C /分鐘。為了驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果，進(jìn)行如下試驗(yàn)試驗(yàn)1 三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩校瑢⑩伔奂訜嶂?00°C，并保溫滲氮12小時(shí)，得滲氮鈦粉；二、按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 27的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉，將稱取的滲氮鈦粉和鋁粉混合后加入液體分散劑后球磨混料20h，得濕混料，再將濕混料烘干得混合粉體；三、將步驟二得到的混合粉體冷壓成型后放入石墨模具中，再將石墨模具放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行熱壓燒結(jié)得三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料，其中熱壓燒結(jié)工藝為由室溫升溫至700°C，然后加壓至40MPa，保溫保壓2小時(shí)，再升溫至1300°C， 保溫保壓1小時(shí)后，將壓力卸載，再升溫至1380°C，保溫0. 5小時(shí)，再隨爐冷卻，升溫過程中控制升溫速率為10°C/分鐘。試驗(yàn)1的步驟一中以500毫升/分鐘的氣體流速流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩?。步驟二中的球磨混料具體參數(shù)為球料質(zhì)量比為5 1，轉(zhuǎn)速為120r/min，混料時(shí)間為20小時(shí)。試驗(yàn)1制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的掃描電子顯微照片如圖1所示，由圖1可見，制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl 基復(fù)合材料中Ti2AlN顆粒增強(qiáng)呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來， TiAl基體組織被細(xì)化，形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。試驗(yàn)1制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)約為20%，其余為TiAl基體。在900°C、應(yīng)變速率ΙΟ、—1的測試條件下，對試驗(yàn)1得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的 Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料進(jìn)行壓縮強(qiáng)度測試，測得其壓縮強(qiáng)度為793. 2MPa。作為對比，采用現(xiàn)有公開制備方法制備的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相體積百分?jǐn)?shù)為20%的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相彌散分布于TiAl基體中的復(fù)合材料，采用上述壓縮強(qiáng)度測試條件測得其壓縮強(qiáng)度為 748. 8MPa0試驗(yàn)2 與試驗(yàn)1不同的是，步驟一中在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩袑⑩伔奂訜嶂?00°C并保溫，滲氮M小時(shí)，得滲氮鈦粉；步驟二中按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 20. 25的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉，將稱取的滲氮鈦粉和鋁粉混合后加入液體分散劑后球磨混料20h， 得濕混料，再將濕混料烘干得混合粉體。其它步驟及參數(shù)與試驗(yàn)1相同。試驗(yàn)2制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的掃描電子顯微照片如圖2所示，由圖2可見，制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl 基復(fù)合材料中Ti2AlN顆粒增強(qiáng)呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來， TiAl基體組織被細(xì)化，形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。試驗(yàn)2制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的X-射線衍射譜圖如圖3所示，圖中，▲代表TiAl， 代表Ti2AlN, Δ代表Ti3Al。由圖3可見，試驗(yàn)2 制備的復(fù)合材料是由Ti2AlN相和TiAl相組成，還有少量的Ti3Al相。試驗(yàn)2制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)約為50%，其余為TiAl基體。在900°C，應(yīng)變速率10_2的測試條件下，對試驗(yàn)2得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料進(jìn)行壓縮強(qiáng)度測試，測得其壓縮強(qiáng)度為958. 9MPa。比現(xiàn)有的 Ti-47A合金的900°C下的壓縮強(qiáng)度(683. IMPa)提高了很多。作為對比，采用現(xiàn)有公開制備方法制備的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相體積百分?jǐn)?shù)為50%的 Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相彌散分布于TiAl基體中的復(fù)合材料，采用上述壓縮強(qiáng)度測試條件測得其壓縮強(qiáng)度為798. 7MPa。試驗(yàn)3 與試驗(yàn)1不同的是，步驟一中在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩袑⑩伔奂訜嶂?00°C并保溫，滲氮48小時(shí)，得滲氮鈦粉；步驟二中按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 16.2的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉，將稱取的滲氮鈦粉和鋁粉混合后加入液體分散劑后球磨混料20h，得濕混料，再將濕混料烘干得混合粉體。其它步驟及參數(shù)與試驗(yàn)1相同。試驗(yàn)3制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來，TiAl基體組織被細(xì)化， 形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。試驗(yàn)3制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)約為70%，其余為TiAl基體。試驗(yàn)4 與試驗(yàn)1不同的是，步驟一中在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩袑⑩伔奂訜嶂?00°C并保溫，滲氮M小時(shí)，得滲氮鈦粉。其它步驟及參數(shù)與試驗(yàn)1相同。試驗(yàn)4制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來，TiAl基體組織被細(xì)化， 形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。試驗(yàn)4制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)約為10%，其余為TiAl基體。試驗(yàn)5 與試驗(yàn)1不同的是，步驟一中在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩袑⑩伔奂訜嶂?00°C并保溫，滲氮48小時(shí)，得滲氮鈦粉；步驟二中按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 20. 25的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉，將稱取的滲氮鈦粉和鋁粉混合后加入液體分散劑后球磨混料20h，得濕混料，再將濕混料烘干得混合粉體。其它步驟及參數(shù)與試驗(yàn)1相同。試驗(yàn)5制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來，TiAl基體組織被細(xì)化， 形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。試驗(yàn)5制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)約為15%，其余為TiAl基體。試驗(yàn)6 與試驗(yàn)1不同的是，步驟二中按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 16. 2的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉。其它步驟及參數(shù)與試驗(yàn)1相同。試驗(yàn)6制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來，TiAl基體組織被細(xì)化， 形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。試驗(yàn)6制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)約為20%，其余為TiAl基體。試驗(yàn)7 與試驗(yàn)1不同的是，步驟二中按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 20. 25的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉。其它步驟及參數(shù)與試驗(yàn)1相同。試驗(yàn)7制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來，TiAl基體組織被細(xì)化， 形成一種比單一 TiAl基合金更為穩(wěn)定的組織。試驗(yàn)7制備得到的三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料中Ti2AlN 顆粒增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)約為20%，其余為TiAl基體。
權(quán)利要求
1.一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料，其特征在于三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料是由Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相和TiAl基體組成，其中 Ti2AlN顆粒呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布于TiAl基體中。
2.如權(quán)利要求1所述的一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩?，將鈦粉加熱?00°C 600°C，并保溫滲氮 12 48小時(shí)，得滲氮鈦粉；二、按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 16 27的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉，將稱取的滲氮鈦粉和鋁粉混合后加入液體分散劑后球磨混料5 20h，得濕混料，再將濕混料烘干得混合粉體；三、將步驟二得到的混合粉體冷壓成型后放入石墨模具中，再將石墨模具放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行熱壓燒結(jié)得三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng) TiAl基復(fù)合材料，其中熱壓燒結(jié)工藝為由室溫升溫至600°C 800°C，然后加壓至20 60MPa,保溫保壓1 4小時(shí)，再升溫至1250°C 1350°C，保溫保壓0. 5 2小時(shí)后，將壓力卸載，再升溫至1380°C 1450°C，保溫0. 5小時(shí)，再隨爐冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一中在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥罩?，將鈦粉加熱?00°C，并保溫滲氮M 小時(shí)，得滲氮鈦粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一中流動(dòng)的氮?dú)鈿夥帐且?00 600毫升/分鐘的氣體流速流動(dòng)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中按滲氮鈦粉和鋁粉的質(zhì)量比為48 20. 25的比例稱取滲氮鈦粉和鋁粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中的球磨混料具體參數(shù)為球料質(zhì)量比為5 1，轉(zhuǎn)速為 100 150r/min，混料時(shí)間為5 20小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中熱壓燒結(jié)工藝為由室溫升溫至650°C 750°C，然后加壓至30 50MPa，保溫保壓1. 5 3小時(shí)，再升溫至1280°C 1320°C，保溫保壓0. 8 1. 5小時(shí)后，將壓力卸載，再升溫至1380°C 1400°C，保溫0. 5小時(shí)，再隨爐冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中熱壓燒結(jié)工藝為由室溫升溫至700°C，然后加壓至40MPa，保溫保壓2小時(shí)，再升溫至1300°C，保溫保壓1小時(shí)后，將壓力卸載，再升溫至 13800C，保溫0. 5小時(shí)，再隨爐冷卻。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中熱壓燒結(jié)工藝的升溫過程中控制升溫速率為5 15°C /分鐘。
全文摘要
一種三維網(wǎng)絡(luò)狀分布的Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料及其制備方法，涉及一種Ti2AlN顆粒增強(qiáng)TiAl基復(fù)合材料及其制備方法。復(fù)合材料由Ti2AlN顆粒增強(qiáng)相和TiAl基體組成，其中Ti2AlN顆粒呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布于TiAl基體中。方法對鈦粉進(jìn)行滲氮處理得滲氮鈦粉，然后將其與鋁粉的混合物料進(jìn)行熱壓燒結(jié)即可。TiAl基體組織被細(xì)化，增強(qiáng)相Ti2AlN顆粒呈三維網(wǎng)絡(luò)狀分布在TiAl基體中，將TiAl晶團(tuán)包圍起來，形成一種比單一TiAl合金更為穩(wěn)定的組織。復(fù)合材料具有更高的組織熱穩(wěn)定性，高溫條件下長時(shí)間穩(wěn)定服役性能好，高溫壓縮強(qiáng)度也有所提高，900℃下的壓縮強(qiáng)度高達(dá)958.9MPa。
文檔編號(hào)C22C32/00GK102418000SQ20111041799
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者古婉力, 周毅, 姜德鵬, 孫東立, 孫濤, 武高輝, 王清, 韓秀麗 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)