[发明专利]一种TiAl3

说明书

本发明公开了一种TiAl₃颗粒增强铝基复合材料及其制备方法和应用。首先使用室温累积叠轧技术使纳米钛粉在铝基体中均匀分散，然后在低于铝熔点的温度下热轧使Ti和Al反应生成弥散的TiAl₃颗粒，得到了致密性良好的TiAl₃颗粒增强铝基复合材料，最后在高于铝熔点的温度下热挤轧挤出样品中的Al，从而显著提高了样品中TiAl₃的含量，并改善了TiAl₃颗粒的均匀性，同时样品的致密度在热挤轧过程中进一步得到提高。该复合材料具有良好的硬度、强度，硬度最高可达180Hv，为纯铝的6倍以上，抗拉强度最高可达455MPa，为纯铝的6倍以上，在轻质高强的结构‑功能材料领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种TiAl₃颗粒增强铝基复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料制备领域。

背景技术

随着科技的发展，单一材料的性能已很难满足当代工业日益提升的需求。复合材料能够综合各组元的优点，使材料拥有更优良的综合性能，拓宽材料的应用领域。复合材料中的金属基复合材料是以金属或者合金为基体的复合材料，凭借其结构轻量化和优异的导电导热及耐磨性能，逐渐在陆上运输、电子、热控、航空航天、工业、消费产品等诸多领域脱颖而出，实现了商业化的应用，极大地促进了军用和民用领域的高科技现代化，确立了其作为新材料和新技术的地位。

铝基复合材料是金属基复合材料中应用最广的一类，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已得到大量使用。按照增强体类型的不同，铝基复合材料可以分为纤维增强和颗粒增强铝基复合材料，颗粒增强铝基复合材料是目前最成熟的一种。

现阶段常用的颗粒增强体主要有SiC、Al₂O₃、TiC、TiB₂、B₄C等陶瓷颗粒以及石墨颗粒等。但铝基体和这些增强颗粒之间存在界面结合力较弱、热膨胀系数相差较大等缺点，因此制备出来的复合材料往往不具有较好的综合性能。TiAl₃作为一种金属间化合物，由于其具有低密度、高杨氏模量、与Al有较好的界面润湿性以及相近的热膨胀系数等优点，逐渐成为人们关注和研究的热点。

对于TiAl₃颗粒增强铝基复合材料，要想获得优良的综合性能，一方面需要TiAl₃颗粒细小弥散地分布在铝基体之中，另一方面，为了增强复合材料的力学性能，需要尽可能地增加 TiAl₃颗粒的体积分数，但是同时满足两者要求往往十分困难，人们对此做了许多工艺上的尝试和改进。申请号为201610642043.9的中国专利公开了一种利用累积叠轧法和液态反应法制备TiAl₃/Al复合材料的方法，先利用累积叠轧工艺将Ti板和Al板一起进行轧制，使Ti板获得了纳米晶结构，随后在铝熔点(660℃)以上温度保温一个小时以上，纳米晶Ti与Al液反应生成TiAl₃颗粒，以此制备TiAl₃/Al复合材料。该方法可以通过调节初始Ti/Al的质量比，实现对最终TiAl₃体积分数的调控，制备出高体积分数的TiAl₃/Al复合材料。但是由于该方法中Ti-Al反应温度在660℃以上，生成的TiAl₃颗粒尺寸较大，在十几微米以上，且TiAl₃体积分数的增加是通过增加初始Ti的质量，这样制备出的高体积分数TiAl₃颗粒容易在基体中分散不均匀，此外，Ti-Al反应以及Al液凝固都是体积收缩过程，导致最终得到的复合材料中容易产生大量的孔隙。这些缺陷都导致了最终制备出的TiAl₃/Al复合材料拉伸强度不高，极大地限制了在实际工业中的应用。

发明内容