[发明专利]一种Ti5Si3/TiAl基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料的制备方法。

背景技术

Ti₅Si₃增强的TiAl基复合材料，使TiAl合金除具有密度低，比强度和比刚度高的特点外，还满足了航空部件对高温强度、蠕变抗力、抗氧化性和持久性能的综合要求，成为航空、航天飞行器理想的新型高温结构材料。公布号为CN101798642A的中国专利公开了一种Ti₅Si₃/TiAl基复合材料的制备方法，该方法以先以纯钛颗粒制备预制体，然后再将铝硅合金切割成与模具形状尺寸相当的块体并置于钛预制体上，经真空热压烧结，得到Ti₅Si₃/TiAl复合材料。该方法中以均匀的球形颗粒状纯钛及块状的Al-Si合金为原料，复合材料通过“均匀增强”方式形成，在压渗过程中需要克服的毛细阻力较大，造成制备过程中能耗大，使复合材料的成本提高。

发明内容

本发明是为了解决现有的Ti₅Si₃/TiAl基复合材料的制备方法成本高的问题，而提供一种Ti₅Si₃/TiAl基复合材料的制备方法。

本发明的一种Ti₅Si₃/TiAl基复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、按质量百分比称取65％～70％TiH₂粉和30％～35％的Al-Si合金边角料，其中所述的Al-Si合金中Si的含量为3.6％～16.7％(质量)；二、将步骤一称取的TiH₂粉装入到石墨模具中，得到TiH₂预制体；三、将Al-Si合金置于步骤二得到的TiH₂预制体上，再将装有TiH₂预制体和Al-Si合金的石墨模具置于真空热压烧结炉中，抽真空至0.001Pa～0.01Pa，以10℃/min～20℃/min的速度升温至400℃～550℃并保温90min～240min，再以10℃/min～20℃/min的速度升温至580℃～700℃并保温30min～60min，再加压到5MPa～15MPa，保压5min～30min；四、在保持压力不变的条件下继续升温至1100～1400℃并保持1h～4h，然后保压冷却至室温后退模，得到Ti₅Si₃/TiAl复合材料。

步骤一中所述的TiH₂粉为粒径为20μm～60μm不规则粉末。

本发明采用反应压力浸渗技术，通过Al-Si合金边角料，熔化后在热压作用下浸渗到由TiH₂脱氢得到的Ti预制体的孔隙内，并同时发生反应，生成Ti₅Si₃/TiAl复合材料，然后保压冷却至室温，退模，得到致密的Ti₅Si₃/TiAl复合材料。步骤三中的化学反应式为：

TiH₂→Ti+H₂

5Ti+3Si→Ti₅Si₃

Ti+3Al→TiAl₃

4Ti+2TiAl₃→Ti₃Al+TiAl+2TiAl₂

步骤四中的化学反应式为：

Ti₃Al+2TiAl₂+TiAl→6TiAl

本发明以TiH₂粉Al-Si合金的边角料为原料，TiH₂粉原料的价格仅为Ti粉价格的三分之一，使复合材料的成本降低，而且由于采用形状不规则的TiH₂粉末，导致粉末不规则堆砌，致使多孔预制体孔径增大，毛细管力减小，形成过程中的增强方式为“非均匀增强”方式，使得压力浸渗过程中液态金属需要克服的毛细阻力较小，界面反应层薄，使浸渗后材料分布均匀，从而有效降低了浸渗温度和浸渗压力，从而从另一角度上达到节约能源降低成本的目的。本发明得到的Ti₅Si₃/TiAl基复合材料的硬度为4GPa～6GPa，700℃时抗拉强度为600MPa～800MPa。可用于为航空、航天飞行器理想的新型高温结构材料。

附图说明