[发明专利]一种钛铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛铝基复合材料，按重量百分比计包括如下组分：43～51％的Al，2～6％的Cr，2～4％的Nb，B和C的重量百分比之和为3～8％，余量Ti；所述B和C的重量比为1～4：1。其能够强化钛铝合金基体，改善钛铝基复合材料的室温力学性能。还公开了上述钛铝基复合材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及合金材料，具体涉及钛铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

TiAl合金具有较高的比强度、优异的抗蠕变性能及高温抗氧化性，同时其密度较低，在航空航天、军工等领域能够实现工程构件的大规模减重，因此在航空航天、航海等领域具有巨大的应用潜力。目前镍基合金及钛合金等高温结构材料在实际工程领域得到了广泛的应用，与镍基合金及钛合金相比，TiAl合金具有以下优点：1、镍基合金及钛合金的密度分别为7.9-9.5g/cm³及4.5g/cm³，而TiAl合金的密度不高于4g/cm³；2、TiAl合金的弹性模量及高温抗氧化性能与镍基高温合金相近，远高于钛合金。

TiAl合金的优异力学性能将促使其在未来广泛地应用于航空航天飞行器的重要结构部件上。美国GE公司采用TiAl合金制备了波音787大型客机的增压涡轮发动机叶片，并已经成功应用，实现了发动机的大规模减重。日本三菱重工集团研发出具有优异热变形行为的TiAl-Mn-V成分合金，通过添加高含量的Mn、V等元素稳定了热加工过程，促使变形合金获得了优异的力学性能。俄罗斯超塑性研究所已经通过一种新的低温轧制工艺成功制备出了力学性能优异的TiAl合金板材。

虽然TiAl合金已经成功在航空航天、军工等领域得到应用，但是作为有序金属间化合物，TiAl合金具有较大室温脆性，导致其室温断裂韧性、塑性较差，阻碍了该材料的进一步发展和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛铝基复合材料及其制备方法，其能够强化钛铝合金基体，改善钛铝基复合材料的室温力学性能。

本发明所述的钛铝基复合材料，按重量百分比计包括如下组分：43～51％的Al，2～6％的Cr，2～4％的Nb，B和C的重量百分比之和为3～8％，余量Ti；所述B和C的重量比为1～4：1。

进一步，按重量百分比计包括如下组分：47～49％的Al，2～3％的Cr，2～2.5％的Nb，B和C的重量百分比之和为5～7％，余量Ti，所述B和C的重量比为2：1。

进一步，按重量百分比计包括如下组分：48％的Al，2％的Cr，2％的Nb，4％的B，2％的C，余量为Ti。

一种钛铝基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1，称料，按照上述的元素组分重量百分比称取海绵钛、体积≤5cm³的铝块、铬粉、铝铌中间合金、含硼原材料和含碳原材料，含硼原材料为硼粉、TiB₂粉或B₄C粉，含碳原材料为碳粉、TiC粉或B₄C粉。

S2，布料，将海绵钛平均分为两份，先将其中一份加入到熔炼炉的坩埚中，再将铬粉和铝铌中间合金混合均匀，平铺在坩埚内的海绵钛上面，再加入另一份海绵钛，将铝块放置于位于上方的海绵钛上，将含硼原材料和含碳原材料置入二次加料斗内。

S3，熔炼，加热至坩埚内的混合材料完全熔化，得到合金熔体，然后将二次加料斗内的含硼原材料和含碳原材料加入到合金熔体中，在熔化温度下保温20～25min，浇铸得到钛铝基复合材料。

进一步，所述S1中含硼原材料为粒径≤75μm的B₄C粉，含碳原材料为粒径≤60μm的碳粉，纯度大于99.99wt.％。