CN108660396A - 一种大变形加工的TiAl复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大变形加工的TiAl复合材料，其特征在于：TiAl复合材料是由如下方法制备的：提供双向碳纤维布；对双向碳纤维布进行表面处理；将经过表面处理的双向碳纤维布放置入模具中；预热模具；将镁铝合金熔化，并对熔化的镁铝合金进行去氧化皮处理；将去氧化皮的镁铝合金浇注到经过预热的模具中，并对经过预热的模具进行加压，得到碳纤维增强的镁铝合金；提供TiAl合金板；层叠TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体；对第一层叠体进行电塑性轧制。本发明利用大变形工艺将两种不同的材料结合到一起，充分发挥两种材料的特点，提高复合材料的综合性能。

Description

一种大变形加工的TiAl复合材料
技术领域
本发明属于金属复合材料技术领域，涉及一种大变形加工的TiAl复合材料。
背景技术
通过对金属材料在外力作用下进行剧烈塑性变形(简称强变形)，可以将常规粗晶材料内部发生大的塑性变形(主要为纯剪切变形)，使晶粒细化到亚微米级或者纳米级，从而使材料的力学或者物理性能得到大幅度提升。近年来，通过强变形方法来得到块体超细晶或者纳米晶材料，引起了科学家们的广泛兴趣。产生这种兴趣的原因不仅仅在于采用强变形材料具有与其他方法制得的超细晶或者纳米晶材料更加的优越的物理性能和力学性能，还在于其相对于其他超细晶或者纳米晶材料所特有的优势。首先，强变形可以保持材料本体纯净，不容易引入杂质，其次，强变形还可用于制备较大尺寸的材料试样，并且其工艺流程单、成本较低、低碳环保，能够实现工业化生产，具有很好的发展前景。
目前现有技术存在对于TiNi合金进行大变形加工的技术。这种技术虽然利用大变形技术提高了TiNi合金的各项力学性能，但是该技术：1、并未充分利用大变形技术的优势，仅仅对于TiNi合金进行了大应变的加工，导致材料强度有限；2、电塑性轧制过程中并没有明确体现对轧制变形量的研发，使得大变形工艺不具备可操作性。
公开于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，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大变形加工的TiAl复合材料，从而克服现有技术的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种大变形加工的TiAl复合材料，其特征在于：TiAl复合材料是由如下方法制备的：提供双向碳纤维布；对双向碳纤维布进行表面处理；将经过表面处理的双向碳纤维布放置入模具中；预热模具；将镁铝合金熔化，并对熔化的镁铝合金进行去氧化皮处理；将去氧化皮的镁铝合金浇注到经过预热的模具中，并对经过预热的模具进行加压，得到碳纤维增强的镁铝合金；提供TiAl合金板；层叠TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体；对第一层叠体进行电塑性轧制。
优选地，上述技术方案中，其中，预热模具具体为：预热温度为400-500℃，预热时间为3-5h。
优选地，上述技术方案中，浇注温度为840-850℃，在对经过预热的模具进行加压时，压力为20-30MPa。、
优选地，上述技术方案中，对碳纤维布进行表面处理具体为：使用乙醇和丙酮混合溶液对碳纤维布进行清洗，清洗温度为40-50℃，清洗时间为30-40s。
优选地，上述技术方案中，其中，层叠TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体具体为：对TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金进行表面处理；层叠表面处理后的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体。
优选地，上述技术方案中，表面处理包括：打磨并清洗TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金的表面，得到洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金；在洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金将要接触的表面沉积金属Al。
优选地，上述技术方案中，电塑性轧制具体为：对第一层叠体通电，其中，电脉冲频率为10000-20000Hz，电流密度为80-90A/mm2；对通电的第一层叠体进行轧制；对轧制后的第一层叠体进行退火。
优选地，上述技术方案中，轧制具体为：单道次压下量为4-5％，累积变形量为90-95％。
优选地，上述技术方案中，退火具体为：退火温度为400-500℃，退火时间为4-5h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明利用大变形工艺将两种不同的材料结合到一起，充分发挥两种材料的特点，提高复合材料的综合性能。发明人发现，通电导致两种材料能够更好的结合到一起，提高成品力学性能。
具体实施方式
下除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。本发明所使用的镁铝合金可以例如是AZ91D或者AZ91E。
实施例1
TiAl复合材料是由如下方法制备的：提供双向碳纤维布；对双向碳纤维布进行表面处理；将经过表面处理的双向碳纤维布放置入模具中；预热模具；将镁铝合金熔化，并对熔化的镁铝合金进行去氧化皮处理；将去氧化皮的镁铝合金浇注到经过预热的模具中，并对经过预热的模具进行加压，得到碳纤维增强的镁铝合金；提供TiAl合金板；层叠TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体；对第一层叠体进行电塑性轧制。其中，预热模具具体为：预热温度为400℃，预热时间为5h。浇注温度为840℃，在对经过预热的模具进行加压时，压力为30MPa。对碳纤维布进行表面处理具体为：使用乙醇和丙酮混合溶液对碳纤维布进行清洗，清洗温度为40℃，清洗时间为40s。其中，层叠TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体具体为：对TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金进行表面处理；层叠表面处理后的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体。表面处理包括：打磨并清洗TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金的表面，得到洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金；在洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金将要接触的表面沉积金属Al。电塑性轧制具体为：对第一层叠体通电，其中，电脉冲频率为10000Hz，电流密度为80A/mm2；对通电的第一层叠体进行轧制；对轧制后的第一层叠体进行退火。轧制具体为：单道次压下量为4％，累积变形量为90％。退火具体为：退火温度为400℃，退火时间为5h。
实施例2
TiAl复合材料是由如下方法制备的：提供双向碳纤维布；对双向碳纤维布进行表面处理；将经过表面处理的双向碳纤维布放置入模具中；预热模具；将镁铝合金熔化，并对熔化的镁铝合金进行去氧化皮处理；将去氧化皮的镁铝合金浇注到经过预热的模具中，并对经过预热的模具进行加压，得到碳纤维增强的镁铝合金；提供TiAl合金板；层叠TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体；对第一层叠体进行电塑性轧制。其中，预热模具具体为：预热温度为500℃，预热时间为3h。浇注温度为850℃，在对经过预热的模具进行加压时，压力为20MPa。对碳纤维布进行表面处理具体为：使用乙醇和丙酮混合溶液对碳纤维布进行清洗，清洗温度为50℃，清洗时间为30s。其中，层叠TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体具体为：对TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金进行表面处理；层叠表面处理后的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体。表面处理包括：打磨并清洗TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金的表面，得到洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金；在洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金将要接触的表面沉积金属Al。电塑性轧制具体为：对第一层叠体通电，其中，电脉冲频率为20000Hz，电流密度为90A/mm2；对通电的第一层叠体进行轧制；对轧制后的第一层叠体进行退火。轧制具体为：单道次压下量为5％，累积变形量为95％。退火具体为：退火温度为500℃，退火时间为4h。
实施例3
TiAl复合材料是由如下方法制备的：提供双向碳纤维布；对双向碳纤维布进行表面处理；将经过表面处理的双向碳纤维布放置入模具中；预热模具；将镁铝合金熔化，并对熔化的镁铝合金进行去氧化皮处理；将去氧化皮的镁铝合金浇注到经过预热的模具中，并对经过预热的模具进行加压，得到碳纤维增强的镁铝合金；提供TiAl合金板；层叠TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体；对第一层叠体进行电塑性轧制。其中，预热模具具体为：预热温度为400-500℃，预热时间为3-5h。浇注温度为840-850℃，在对经过预热的模具进行加压时，压力为20-30MPa。对碳纤维布进行表面处理具体为：使用乙醇和丙酮混合溶液对碳纤维布进行清洗，清洗温度为40-50℃，清洗时间为30-40s。其中，层叠TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体具体为：对TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金进行表面处理；层叠表面处理后的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体。表面处理包括：打磨并清洗TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金的表面，得到洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金；在洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金将要接触的表面沉积金属Al。电塑性轧制具体为：对第一层叠体通电，其中，电脉冲频率为10000-20000Hz，电流密度为80-90A/mm2；对通电的第一层叠体进行轧制；对轧制后的第一层叠体进行退火。轧制具体为：单道次压下量为4-5％，累积变形量为90-95％。退火具体为：退火温度为400-500℃，退火时间为4-5h。
实施例4
与实施例3不同的是：不对双向碳纤维布进行表面处理。
实施例5
与实施例3不同的是：预热模具具体为：预热温度为550℃，预热时间为4h。
实施例6
与实施例3不同的是：预热模具具体为：预热温度为350℃，预热时间为4h。
实施例7
与实施例3不同的是：浇注温度为830℃，在对经过预热的模具进行加压时，压力为40MPa。
实施例8
与实施例3不同的是：浇注温度为860℃，在对经过预热的模具进行加压时，压力为15MPa。
实施例9
与实施例3不同的是：对碳纤维布进行表面处理具体为：使用乙醇和丙酮混合溶液对碳纤维布进行清洗，清洗温度为35℃，清洗时间为60s。
实施例10
与实施例3不同的是：不对TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金进行表面处理。
实施例11
与实施例3不同的是：表面处理包括：在洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金将要接触的表面沉积金属Fe。
实施例12
与实施例3不同的是：进行普通轧制，不进行电塑性轧制。
实施例13
与实施例3不同的是：电脉冲频率为5000Hz，电流密度为100A/mm2。
实施例14
与实施例3不同的是：电脉冲频率为5000Hz，电流密度为70A/mm2。
实施例15
与实施例3不同的是：轧制具体为：单道次压下量为7％，累积变形量为93％。
实施例16
与实施例3不同的是：轧制具体为：单道次压下量为3％，累积变形量为85％。
实施例17
与实施例3不同的是：退火具体为：退火温度为400-500℃，退火时间为4-5h。
实施例18
与实施例3不同的是：退火具体为：退火温度为400-500℃，退火时间为4-5h。
对实施例1-18进行抗弯强度、抗拉强度进行测试，上述测试方法是本领域公知的方法，为了便于比较，所有实验结果都基于实施例1的结果进行归一化。
表1
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种大变形加工的TiAl复合材料，其特征在于：所述TiAl复合材料是由如下方法制备的：
提供双向碳纤维布；
对所述双向碳纤维布进行表面处理；
将经过表面处理的双向碳纤维布放置入模具中；
预热所述模具；
将镁铝合金熔化，并对熔化的镁铝合金进行去氧化皮处理；
将去氧化皮的镁铝合金浇注到经过预热的模具中，并对经过预热的模具进行加压，得到碳纤维增强的镁铝合金；
提供TiAl合金板；
层叠所述TiAl合金板以及所述碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体；
对所述第一层叠体进行电塑性轧制。
2.如权利要求1所述的TiAl复合材料，其特征在于：其中，预热所述模具具体为：预热温度为400-500℃，预热时间为3-5h。
3.如权利要求1所述的TiAl复合材料，其特征在于：浇注温度为840-850℃，在对经过预热的模具进行加压时，压力为20-30MPa。
4.如权利要求1所述的TiAl复合材料，其特征在于：对所述碳纤维布进行表面处理具体为：使用乙醇和丙酮混合溶液对所述碳纤维布进行清洗，清洗温度为40-50℃，清洗时间为30-40s。
5.如权利要求1所述的TiAl复合材料，其特征在于：其中，层叠所述TiAl合金板以及所述碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体具体为：
对所述TiAl合金板以及所述碳纤维增强的镁铝合金进行表面处理；
层叠表面处理后的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金，得到第一层叠体。
6.如权利要求5所述的TiAl复合材料，其特征在于：所述表面处理包括：
打磨并清洗所述TiAl合金板以及所述碳纤维增强的镁铝合金的表面，得到洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金；
在所述洁净的TiAl合金板以及碳纤维增强的镁铝合金将要接触的表面沉积金属Al。
7.如权利要求1所述的TiAl复合材料，其特征在于：所述电塑性轧制具体为：
对所述第一层叠体通电，其中，电脉冲频率为10000-20000Hz，电流密度为80-90A/mm2；
对通电的第一层叠体进行轧制；
对轧制后的第一层叠体进行退火。
8.如权利要求7所述的TiAl复合材料，其特征在于：所述轧制具体为：单道次压下量为4-5％，累积变形量为90-95％。
9.如权利要求7所述的TiAl复合材料，其特征在于：所述退火具体为：退火温度为400-500℃，退火时间为4-5h。
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