[发明专利]一种调控钛基复合材料增强体层状分布的方法

说明书

一种调控钛基复合材料增强体层状分布的方法，涉及金属基复合材料增强体分布方式及调控的技术方法。本发明要解决金属基复合材料工业生产中存在的增强体层状分布难以控制的难题。方法：一、钛基复合材料箔与纯铝箔的打磨与表面处理；二、热压连接；三、反应热处理，利用元素扩散产生的推挤作用实现增强体的层状可控分布，并确保了增强体与基体界面的有效连接。本发明基于真空反应退火技术，合成的材料氧含量低，无污染，材料致密，组织细小且增强体分布可控，反应速率快，合成周期短。本发明用于高性能金属基复合材料的制备领域。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料增强体分布方式及调控的技术方法。

背景技术

中国是工程机械设备的制造大国。金属材料制造业是机械工业的核心，是事关国家经济安全、国防安全的战略性支柱产业。集成和发展轻质、高强、高韧的金属复合材料是国内外科研工作者的不懈追求。过去几十年的研究主要集中在利用细晶强化、固溶强化、弥散强化等方式提高材料的力学性能，但实践证明仅靠单一地调整材料微观组织/结构尺度的传统材料设计思路往往会导致材料强度与塑/韧性的失调。2010年中科院金属所卢柯院士提出了金属材料多尺度构型设计理论，尝试将传统的“尽可能均匀的增强体分布方式”转变为新型的“具有特定异质结构（如层状分布）的不均匀的增强体分布方式”，以期获得性能更为优异的金属基复合材料。该研究思路已在Cu/Al等金属/金属层状复合材料中得到验证，但在金属基复合材料中实现增强体分布的可控层状调控仍存在技术难题。

发明内容

本发明要解决高性能金属基复合材料工业生产中存在的增强体层状分布难以控制的问题，而提供了一种钛基复合材料增强体分布方式及调控的技术方法。

本发明的调控钛基复合材料增强体层状分布的方法是按以下步骤进行：

一、将Ti基复合材料和纯Al板打磨成Ti基复合材料箔和纯Al箔，分别使用体积浓度为3%~20%的HF溶液和质量浓度为3%~20%的NaOH溶液进行表面处理，再将Ti基复合材料箔和纯Al箔依次在丙酮和乙醇中超声清洗并烘干。表面处理后的纯Al箔厚度为50μm~300μm，Ti基复合材料和纯Al板的厚度比为1~9;

二、将步骤一处理后的Ti基复合材料箔和纯Al箔交替叠层，包套置于石墨模具中，在真空热压烧结炉中进行热压连接，控制热压温度为350℃~600℃，压力为20MPa~100MPa，保温时间为1h~3h。热压所用包套是由纯钛制成的；

三、将步骤二得到的Ti-Al基复合材料板材放入真空热压炉中进行热处理，控制热处理温度为550℃~800℃，保温1h~10h，再升温至1000℃~1400℃进行高温热处理，施加20MPa~70MPa的压力并保压1h~5h。利用Ti和Al元素的相互扩散实现了钛基复合材料增强体层状分布的目的。

本发明的有益效果是：(1) 本发明利用元素扩散产生的推挤作用，实现了增强体的层状可控分布，并确保了增强体与基体界面的有效连接；(2) 本发明将多层Ti-Al复合板密封于纯钛的包套中，有效地防止石墨模具参与反应并造成污染；(3) 本发明利用真空反应退火，合成的材料氧含量低，无污染，材料致密，组织细小且增强体分布可控；(4) 反应速率快，合成周期短。

附图说明

图1为实施例制备的增强体呈层状分布的TiB/Ti基复合材料的微观组织。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的一种调控钛基复合材料增强体层状分布的方法是按以下步骤进行：