[发明专利]一种TiAl金属间化合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种TiAl金属间化合物复合材料及其制备方法。

背景技术

TiAl金属间化合物具有优异的高温性能，综合了陶瓷和金属材料的优点，并具有较小的体积密度，在高温条件下能替代部分现有金属及陶瓷材料，以提高产品性能及实现轻量化，因而成为高温结构材料的开发热点之一。但是，TiAl本身室温脆性较大、难于变形加工，850℃以上抗氧化性不足，严重的阻碍了该材料的实际应用。

TiAl合金中引入Cr能显著改善该材料的热加工性和超塑性以及高温抗氧化性，但依然不能从根本上解决其力学性能较差的缺点。利用陶瓷相弥散强韧化的TiAl/Al₂O₃复合材料不但具有制造成本低廉，而且Al₂O₃热膨胀系数与TiAl基体也最为接近，从而使该材料的性能有了很大的提高。现有的制备方法有直接金属氧化法、反应溶渗法、气压溶渗法以及热等静压法等，但该类技术难以使弥散相均匀分布于基体材料之中，从而大幅降低了材料的性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种TiAl金属间化合物复合材料及其制备方法，在制备出具有均匀细小的Al₂O₃弥散相的同时，利用原位生成的Cr对基体相TiAl进一步优化TiAl/Al₂O₃复合材料，同时降低了烧成温度及热压压力，在快速烧成中实现了晶粒微晶化。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种TiAl金属间化合物复合材料，其原料组成成分为：Ti粉占总重量的21.45-63.14％，Al粉占总重量的36.12-39.69％，Cr₂O₃粉占总重量的0.74-38.87％。

以上原料组分按以下反应方程式进行设计：

xTi+(x+3)Al+Cr₂O₃→xTiAl+Al₂O₃+Cr₂Al    (1)

通过改变x值就可以合成出不同Al₂O₃含量的TiAl复合材料，x＝269.22-1.75。如果x大于269.22，则生成的复合材料中Al₂O₃生成量小于产物质量的0.5％而起不到增强、增韧TiAl基体的作用，反之，如果x值小于1.75，则产物中Cr₂Al相量超过TiAl基体相的含量，不能称之为TiAl基复合材料，同时，Al₂O₃生成量将超过28％，过量的Al₂O₃不但起不到改善TiAl金属间化合物的作用，反而会恶化其性能。因此确定了以上组分范围。

一种TiAl金属间化合物复合材料的制备工艺，其步骤如下：

(1)将纯度大于99％，细度小于200目的金属Ti粉、Al粉以及Cr₂O₃粉，按重量比为21.45-63.14％：36.12-39.69％：0.74-38.87％的比例混合均匀；

(2)将步骤(1)中的混合物加入高铝球磨罐中并加入混合物质量45-100％的无水乙醇为介质以700-800转/分钟的转速混磨30-60分钟，并过200目筛；

(3)将步骤(2)所得粉体装入石墨磨具中，热压烧结，在氩气或真空条件下，烧结温度范围为：1100-1300℃，保温1-2小时，热压压力为5-15Mpa；

(4)将步骤(3)所得材料自然冷却至室温即可得到所要制备的TiAl金属间化合物复合材料。

所制备的TiAl金属间化合物复合材料，其特征在于，它由基体相和增强相两部分组成，基体相占复合材料总重量的99.5-72％，增强相占总重量的0.5-28％，基体相由占产物总重量36.03-98.86％的TiAl相和0.64-35.97％的Cr₂Al组成，其余为增强相Al₂O₃。