本技术涉及叠层复合材料技术,特别是Ti3Al-TiAl复合叠层材料及其制备技术与应用。该发明采用锻造态Ti3Al与TiAl材料,通过特定工艺制备出具有优异性能的复合叠层材料,适用于多种工业领域。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
TiAl合金板材因具有低密度、高比强度、良好的高温抗氧化性和抗蠕变等性能,在航空航天领域具有广阔的应用前景。但由于TiAl合金的本征脆性,其在室温下的塑性和韧性较低,严重阻碍了其进一步发展和工程化的应用。为解决这一问题,有学者提出在TiAl合金中加入软韧的钛或钛合金来制备钛合金-TiAl叠层复合材料,来提升TiAl合金的室温塑韧性并取得一些研究成果。但是,高温钛合金的极限使用温度通常为650℃,一些短时高温钛合金的极限使用温度也难以超过700℃。因此,这种复合材料在提升TiAl合金室温塑韧性的同时,严重降低了TiAl合金的极限使用温度(TiAl合金的使用温度为750℃~850℃),无法满足航空航天的使用需求。
高温屈服强度和高温抗拉强度是高温材料极限使用温度的两个重要衡量指标。抗拉强度是指材料在服役过程中发生断裂的强度;而屈服强度则是材料在发生明显塑性变形前,所能承受的强度极限。而在实际服役过程中,高温材料在发生断裂前,就已经发生了明显的塑性变形,此时材料就已经失效。因此材料在高温服役过程中,其屈服强度比抗拉强度更为关键。
对于Ti-TiAl叠层复合材料,其在800℃的屈服强度不到400MPa。因此为进一步提升复合材料的极限使用温度和高温屈服强度,有学者以Ti箔和Al箔为原料,通过热压扩散的方法制备Ti3
Al-TiAl叠层复合材料。与钛合金相比,Ti3
Al合金的密度更低。同时Ti3
Al为金属间化合物,Ti原子和Al原子以共价键结合,原子间结合力更强,所以其极限服役温度更高,可有效提升复合材料的使用温度和强度。但以该方法制备的Ti3
Al-TiAl叠层复合材料存在诸多缺点:(1)由于Kirkendall效应的存在,制备的复合材料致密度较低,严重降低了复合材料的力学性能;(2)以该种方法制备的复合材料的室温性能和高温性能提升并不明显。这主要是因为以Ti箔和Al箔为原料制备的复合材料未经合金化处理,基体材料自身的力学性能偏低,因此材料的室温和高温性能提升并不明显;(3)由于热压设备的限制,无法制备出大尺寸且满足工业化生产的复合材料,阻碍了材料的进一步发展和应用。
实现思路