CN109913678A - 一种TiAl3颗粒增强铝基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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
针对现有技术制备的TiAl3/Al复合材料中TiAl3颗粒粗大、分布不均、复合材料中含有大量孔隙导致拉伸性能差等缺点，本发明提供一种累计叠轧法结合热轧以及热挤轧工艺制备TiAl3颗粒增强铝基复合材料的方法，可以有效改善材料的微观组织结构和力学性能。
本发明提供的技术方案具体如下：
一种TiAl3颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取厚度均匀的纯铝片，除去表面的杂质、氧化膜和油污，得到铝片A；将纳米钛粉分散在乙醇中，超声震荡均匀，得到纳米钛粉-乙醇悬浊液；
(2)将纳米钛粉-乙醇悬浊液均匀涂覆在水平放置的铝片A朝上一面，静置至乙醇完全挥发，得到涂有纳米钛粉层的铝片B；将N片纳米钛粉层朝向一致的铝片B重叠，然后在暴露在外的纳米钛粉层外加一片铝片A，得到样品C；其中，样品C中Ti与Al的质量比为5-15：100，N为大于2的整数；
(3)室温下，用一片对折的钢板包裹样品C，对其进行轧制，每一次轧制完成后都将样品C沿轧制方向对折，然后再进行轧制，每一次轧制后样品C在厚度方向上的平均压下量为50％；
(4)室温下，对样品重复步骤(3)的工艺不少于30次；
(5)将样品对折，然后用一片对折的钢板包裹后置于500-660℃的马弗炉中保温20min以上；将样品取出后在500-660℃下进行热轧，每一次轧制后样品在厚度方向上的平均压下量为50％；然后将热轧后的样品表面用钢刷打磨，并放在乙醇中进行超声清洗；
(6)重复步骤(5)的工艺不少于4次，即得到TiAl3颗粒增强铝基复合材料。
步骤(1)所述纯铝片的厚度为0.25mm，所述纳米钛粉的平均粒径为40nm。
步骤(3)和步骤(5)采用工业轧机进行轧制，轧制速度为187mm/min。
步骤(5)中，马弗炉中保温温度为600℃，保温时间为30min，热轧次数为4道次。
进一步地，在上述制备方法后增加以下步骤：还包括以下步骤：(7)将步骤(6)得到的样品对折，用一片对折的钢板包裹后置于马弗炉中，并于660～900℃保温约10min，将样品取出后在660～900℃下进行热挤轧，将挤出钢板的Al去掉，每一次轧制后样品在厚度方向上的平均压下量为50％，；
(8)重复步骤(7)的工艺若干次。
步骤(7)中，马弗炉温度为700℃，保温时间为10min。
一种TiAl3颗粒增强铝基复合材料，由上述制备方法制备得到，所述的TiAl3颗粒增强铝基复合材料中，TiAl3体积分数为7％～49％，铝基体晶粒尺寸为450-500nm，TiAl3颗粒增强铝基复合材料的硬度为纯铝的2.0-6.4倍，抗拉强度为纯铝的2.7-6.6倍。
上述TiAl3颗粒增强铝基复合材料作为轻质高强的结构-功能材料的应用。
本发明的原理主要为：将纳米钛粉涂敷在纯铝片表面，在室温无润滑的条件下进行连续多次轧制，随着轧制道次的增加，纳米钛粉随着轧制过程中铝片的延展而在轧制面上逐渐分散，同时单层铝片的厚度呈指数减小，因此纳米钛粉在样品厚度方向也逐渐分散，最终可以在固态下获得纳米钛粉在铝基体中良好的分散效果。随后在500-660℃保温过程中，Ti与Al反应生成TiAl3颗粒，弥散分布在铝基体中，同时500-660℃热轧过程可以极大地提高样品的致密度，消除冷轧过程中样品中的裂纹和孔隙。为了进一步提高样品中TiAl3颗粒的体积分数，通过660℃以上的热挤轧过程，部分熔融态的Al被挤出，与样品分离，使得原样品中铝基体的含量减小，从而显著提高了样品中TiAl3的含量，而且由于原有样品的结构不均匀，铝液容易在富铝的区域被挤出，进一步改善了TiAl3颗粒的分散性，提高了样品结构的均匀性，同时热挤轧过程进一步提高了样品的致密度。在累积叠轧的过程，轧制变形中引入的大量塑性变形可以导致材料内部产生高密度位错，这些位错经过增值、运动、重排、湮灭等一系列行为，可导致铝基体晶粒的细化，并且大量弥散分布的TiAl3颗粒可以在高温环境中有效阻碍铝基体晶粒长大，最终可获得细小的基体晶粒。
本发明使用的方法具有工艺简单、操作简单、适合工业化生产等优点，所制得的TiAl3颗粒增强铝基复合材料性能优良，并且可以根据使用要求调节本发明中TiAl3颗粒体积分数以制备具有不同微观结构及综合性能的复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明方法简单，只需要多道次轧制处理。原材料为纯铝片和纳米钛粉，设备为工业轧机和马弗炉，工艺简单，可以实现工业规模化生产。
2.本发明的方法制备出的TiAl3颗粒平均尺寸小，最小可以达到0.47μm，最大不超过3.3μm，在基体中分散均匀。
3.本发明的方法可以获得基体晶粒尺寸细小的Al/TiAl3复合材料，铝基体晶粒的平均尺寸在450-500nm左右。
4.本发明的方法制得的Al/TiAl3复合材料性能优良，尤其是拉伸强度，并且可以通过调节Ti粉添加量和热挤轧不同温度道次来改变复合材料的微观结构，获得不同综合性能的TiAl3颗粒增强铝基复合材料。TiAl3颗粒的体积分数最高为49％，颗粒尺寸细小(0.47μm～3.3μm)，在基体中分散均匀，铝基体晶粒属于超细晶，平均尺寸在500nm左右。其显微硬度最高为纯Al的6.4倍，达到180Hv，抗拉强度最高为纯铝的6.6倍，达到455MPa。
附图说明
图1为本发明实施例1中得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜照片。
图2为本发明实施例1中得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜电子通道衬度(SEM-ECC)照片。
图3为本发明实施例2中得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜照片。
图4为本发明实施例2中得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜电子通道衬度(SEM-ECC)照片。
图5为本发明实施例3中得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜照片。
图6为本发明实施例3中得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜电子通道衬度(SEM-ECC)照片。
图7为本发明实施例4中得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜照片。
图8为本发明实施例4中得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜电子通道衬度(SEM-ECC)照片。
图9为本发明实施例1-4制备的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的XRD图。
图10为本发明实施例1-4与对比例1-2制备的TiAl3颗粒增强铝基复合材料室温拉伸曲线。
图11为本发明实施例1-4制备的TiAl3颗粒增强铝基复合材料硬度与抗拉强度随TiAl3体积分数变化曲线。
具体实施方法
以下结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，仅在于说明本发明的技术方案而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例中铝片的纯度为99.99％，尺寸：长125mm，宽25mm，厚0.25mm。纳米钛粉的平均粒径大小为40nm。采用工业轧机，轧制速度为187mm/min。
(1)首先，切取125×25×0.25mm大小的纯铝片共8片，并对表面进行打磨和清洗。利用分析天平称取8片纯铝片的总重量，经计算后按8片纯铝片总重量的10％称取纳米钛粉，将称量好的纳米钛粉加入适量乙醇中，并用超声清洗仪使纳米钛粉均匀混合在乙醇中，得到纳米钛粉-乙醇悬浊液。
(2)将纳米钛粉-乙醇悬浊液均匀地倾倒在7片纯铝片的表面，待乙醇完全挥发后，将7片涂有纳米钛粉层的纯铝片保持涂有纳米钛粉层的一面朝上后重叠，然后将1片未涂纳米钛粉层的纯铝片覆盖在最上层。
(3)冷轧：室温下，利用对折的不锈钢板包裹样品，并送入轧机轧制，调节两个轧辊的间距，保证样品每次的下压量为50％，每次轧制后，对折样品，再进行轧制。
(4)重复上述冷轧步骤，直至冷轧次数达到46道次。
(5)热轧：将样品对折后包裹钢板，放置在马弗炉中进行保温，马弗炉温度设置为600℃，保温30min后立刻将样品取出送入轧机进行轧制，样品每次轧制下压量为50％；然后将热轧后的样品表面用钢刷打磨，并放在乙醇中进行超声清洗。
(6)重复以上热轧步骤，直到热轧次数达到4道次。
图1为本发明实施例1中，经46道次冷轧以及4道次热轧后得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微照片，从图1可以看出，样品中有少许的孔洞和层间未结合，以及微量的Ti粉没有反应完全。但已生成的TiAl3颗粒细小，虽有部分团聚，但整体分布比较均匀。从附图1中可以看出样品内部存在少量孔洞和层间未结合。
图2为本发明实施例1中，经46道次冷轧加4道次热轧后得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜电子通道衬度(SEM-ECC)照片，从图2可以看出，试样中铝基体晶粒为等轴晶，且尺寸均在450nm左右。
本实施例中经过46道次冷轧和4道次热轧，最终得到的体积分数为14％的TiAl3颗粒增强铝基复合材料，其TiAl3颗粒平均尺寸为0.47μm，铝基体平均晶粒尺寸为450nm，显微硬度为94.5Hv，是原始纯铝显微硬度(28.1Hv)的3.4倍，抗拉强度为338MPa，是原始纯铝抗拉强度(69MPa)的4.9倍。
实施例2
本实施例中铝片的纯度为99.99％，尺寸：长125mm，宽25mm，厚0.25mm。纳米钛粉的平均粒径大小为40nm。采用工业轧机，轧制速度为187mm/min。
(1)首先，切取125×25×0.25mm大小的纯铝片共8片，并对表面进行打磨和清洗。利用分析天平称取8片纯铝片的总重量，经计算后按8片纯铝片总重量的10％称取纳米钛粉，将称量好的纳米钛粉加入适量乙醇中，并用超声清洗仪使纳米钛粉均匀混合在乙醇中，得到纳米钛粉-乙醇悬浊液。
(2)将纳米钛粉-乙醇悬浊液均匀地倾倒在7片纯铝片的表面，待乙醇完全挥发后，将7片涂有纳米钛粉层的纯铝片保持涂有纳米钛粉层的一面朝上后重叠，然后将1片未涂纳米钛粉层的纯铝片覆盖在最上层。
(3)冷轧：室温下，利用对折的不锈钢板包裹样品，并送入轧机轧制，调节两个轧辊的间距，保证样品每次的下压量为50％，每次轧制后，对折样品，再进行轧制。
(4)重复上述冷轧步骤，直至冷轧次数达到46道次。
(5)热轧：将样品对折后包裹钢板，放置在马弗炉中进行保温，马弗炉温度设置为600℃，保温30min后立刻将样品取出送入轧机进行轧制，样品每次轧制下压量为50％；然后将热轧后的样品表面用钢刷打磨，并放在乙醇中进行超声清洗。
(6)重复以上热轧步骤，直到热轧次数达到4道次。
(7)热挤轧：将样品对折后，用对折的钢板包裹并放置在马弗炉中进行保温，马弗炉温度设置为700℃，保温10min后立刻将样品取出送入轧机进行轧制，将被挤出钢板的Al去掉，样品轧制下压量为50％。
(8)重复步骤(7)，直至热挤轧次数达到3道次。
图3为本发明实施例2中，经46道次冷轧加4道次热轧和3道次热挤轧后得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微照片，从图3可以看出，热轧样品中的孔洞和未结合消失，试样中没有明显孔隙，TiAl3颗粒分布比较均匀，TiAl3体积分数增加大到30％。
图4为本发明实施例2中，经46道次冷轧加4道次热轧和3道次热挤轧后得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜电子通道衬度(SEM-ECC)照片，从图4可以看出，试样中铝基体晶粒为等轴晶，且尺寸均在460nm左右。
本实施例中经过46道次冷轧和4道次热轧以及3道次热挤轧，最终得到了体积分数为30％的TiAl3颗粒增强铝基复合材料，其TiAl3颗粒平均尺寸为2.89μm，铝基体平均晶粒尺寸为460nm，显微硬度为104.4Hv，是原始纯铝显微硬度(28.1Hv)的3.7倍，抗拉强度为337MPa，是原始纯铝抗拉强度(69MPa)的4.9倍。
实施例3
本实施例中铝片的纯度为99.99％，尺寸：长125mm，宽25mm，厚0.25mm。纳米钛粉的平均粒径大小为40nm。采用工业轧机，轧制速度为187mm/min。
(1)首先，切取125×25×0.25mm大小的纯铝片共8片，并对表面进行打磨和清洗。利用分析天平称取8片纯铝片的总重量，经计算后按8片纯铝片总重量的10％称取纳米钛粉，将称量好的纳米钛粉加入适量乙醇中，并用超声清洗仪使纳米钛粉均匀混合在乙醇中，得到纳米钛粉-乙醇悬浊液。
(2)将纳米钛粉-乙醇悬浊液均匀地倾倒在7片纯铝片的表面，待乙醇完全挥发后，将7片涂有纳米钛粉层的纯铝片保持涂有纳米钛粉层的一面朝上后重叠，然后将1片未涂纳米钛粉层的纯铝片覆盖在最上层。
(3)冷轧：室温下，利用对折的不锈钢板包裹样品，并送入轧机轧制，调节两个轧辊的间距，保证样品每次的下压量为50％，每次轧制后，对折样品，再进行轧制。
(4)重复上述冷轧步骤，直至冷轧次数达到46道次。
(5)热轧：将样品对折后包裹钢板，放置在马弗炉中进行保温，马弗炉温度设置为600℃，保温30min后立刻将样品取出送入轧机进行轧制，样品每次轧制下压量为50％；然后将热轧后的样品表面用钢刷打磨，并放在乙醇中进行超声清洗。
(6)重复以上热轧步骤，直到热轧次数达到4道次。
(7)热挤轧：将样品对折后，用对折的钢板包裹并放置在马弗炉中进行保温，马弗炉温度设置为700℃，保温10min后立刻将样品取出送入轧机进行轧制，将被挤出钢板的Al去掉，样品轧制下压量为50％。
(8)重复步骤(7)，直至热挤轧次数达到6道次。
图5为本发明实施例3中，经46道次冷轧加4道次热轧和6道次热挤轧后得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微照片，从图5可以看出，试样中没有明显孔隙，TiAl3颗粒分布比较均匀，TiAl3体积分数增大到43％。
图6为本发明实施例3中，经46道次冷轧加4道次热轧和6道次热挤轧后得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜电子通道衬度(SEM-ECC)照片，从图6可以看出，试样中铝基体晶粒为等轴晶，且尺寸均在500nm左右。
本实施例中经过46道次冷轧和4道次热轧以及6道次热挤轧，最终得到体积分数为43％的TiAl3颗粒增强铝基复合材料，其TiAl3颗粒平均尺寸为3.02μm，铝基体平均晶粒尺寸为500nm，显微硬度为176.5Hv，是原始纯铝显微硬度(28.1Hv)的6.3倍，抗拉强度为426MPa，是原始纯铝抗拉强度(69MPa)的6.2倍。
实施例4
本实施例中铝片的纯度为99.99％，尺寸：长125mm，宽25mm，厚0.25mm。纳米钛粉的平均粒径大小为40nm。采用工业轧机，轧制速度为187mm/min。
(1)首先，切取125×25×0.25mm大小的纯铝片共8片，并对表面进行打磨和清洗。利用分析天平称取8片纯铝片的总重量，经计算后按8片纯铝片总重量的10％称取纳米钛粉，将称量好的纳米钛粉加入适量乙醇中，并用超声清洗仪使纳米钛粉均匀混合在乙醇中，得到纳米钛粉-乙醇悬浊液。
(2)将纳米钛粉-乙醇悬浊液均匀地倾倒在7片纯铝片的表面，待乙醇完全挥发后，将7片涂有纳米钛粉层的纯铝片保持涂有纳米钛粉层的一面朝上后重叠，然后将1片未涂纳米钛粉层的纯铝片覆盖在最上层。
(3)冷轧：室温下，利用对折的不锈钢板包裹样品，并送入轧机轧制，调节两个轧辊的间距，保证样品每次的下压量为50％，每次轧制后，对折样品，再进行轧制。
(4)重复上述冷轧步骤，直至冷轧次数达到46道次。
(5)热轧：将样品对折后包裹钢板，放置在马弗炉中进行保温，马弗炉温度设置为600℃，保温30min后立刻将样品取出送入轧机进行轧制，样品每次轧制下压量为50％；然后将热轧后的样品表面用钢刷打磨，并放在乙醇中进行超声清洗。
(6)重复以上热轧步骤，直到热轧次数达到4道次。
(7)热挤轧：将样品对折后，用对折的钢板包裹并放置在马弗炉中进行保温，马弗炉温度设置为700℃，保温10min后立刻将样品取出送入轧机进行轧制，将被挤出钢板的Al去掉，样品轧制下压量为50％。
(8)重复步骤(7)，直至热挤轧次数达到12道次。
图7为本发明实施例4中，经46道次冷轧加4道次热轧和12道次热挤轧后得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微照片，从图7可以看出，试样中没有明显孔隙，TiAl3颗粒分布比较均匀，TiAl3体积分数增大到49％。
图8为本发明实施例4中，经46道次冷轧加4道次热轧和12道次热挤轧后得到的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的扫描电子显微镜电子通道衬度(SEM-ECC)照片，从图8可以看出，试样中铝基体晶粒为等轴晶，且尺寸均在480nm左右。
本实施例中经过46道次冷轧和4道次热轧以及12道次热挤轧，最终得到体积分数为49％的TiAl3颗粒增强铝基复合材料，其TiAl3颗粒平均尺寸为3.30μm，铝基体平均晶粒尺寸为480nm，显微硬度为180.5Hv，是原始纯铝显微硬度(28.1Hv)的6.4倍，抗拉强度为455MPa，是原始纯铝抗拉强度(69MPa)的6.6倍。
对比例1
将质量比为1:7的Ti板和Al板累积叠轧10道次之后，在800℃保温2小时进行反应，制备出了体积分数为50％的TiAl3/Al复合材料，其TiAl3颗粒尺寸为12μm，硬度为88Hv，拉伸强度为165MPa。材料中含有大量的孔隙。
对比例2
将质量比为1:5的Ti板和Al板累积叠轧10道次之后，在800℃保温2小时进行反应，制备出了体积分数为62％的TiAl3/Al复合材料，其TiAl3颗粒尺寸为11μm，硬度为117Hv，拉伸强度为183MPa，材料中含有大量的孔隙。
表1.实施例1-4以及对比例1和2制备的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的结构和性能参数
图9为本发明实施例1-4制备的TiAl3颗粒增强铝基复合材料的XRD结果。从图9可以看出，实施例1中残余的Ti粉没有被检测出，说明其残余量十分稀少。在实施例1-4的XRD结果中只有Al和TiAl3两种相，说明该方法制备的复合材料没有引入多余杂质。
图10为本发明实施例1-4与对比例1-2制备的TiAl3颗粒增强铝基复合材料室温拉伸曲线。从结果来看，实施例1表现出了良好的强度和塑性的综合性能，实施例2-4随着强度的增加，延伸率表现出下降趋势。即随着热挤轧的次数增加，复合材料的强度增加，塑性下降。但是实施例1-4的强度和塑性均比对比例1-2中要高，表现出更好的综合力学性能。
图11为本发明实施例1-4制备的TiAl3颗粒增强铝基复合材料硬度与抗拉强度随TiAl3体积分数变化曲线。从图11可以看出，其抗拉强度和硬度均随着TiAl3颗粒体积分数的提高而呈上升趋势。且在TiAl3体积分数高达49％时，其强度和硬度依然存在上升空间。
上面结合具体实施例对本发明的技术方案作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种TiAl3颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取厚度均匀的纯铝片，除去表面的杂质、氧化膜和油污，得到铝片A；将纳米钛粉分散在乙醇中，超声震荡均匀，得到纳米钛粉-乙醇悬浊液；
(2)将纳米钛粉-乙醇悬浊液均匀涂覆在水平放置的铝片A朝上一面，静置至乙醇完全挥发，得到涂有纳米钛粉层的铝片B；将N片纳米钛粉层朝向一致的铝片B重叠，然后在暴露在外的纳米钛粉层外加一片铝片A，得到样品C；其中，样品C中Ti与Al的质量比为5-15：100，N为大于2的整数；
(3)室温下，用一片对折的钢板包裹样品C，对其进行轧制，每一次轧制完成后都将样品C沿轧制方向对折，然后再进行轧制，每一次轧制后样品C在厚度方向上的平均压下量为50％；
(4)室温下，对样品重复步骤(3)的工艺不少于30次；
(5)将样品对折，然后用一片对折的钢板包裹后置于500-660℃的马弗炉中保温20min以上；将样品取出后在500-660℃下进行热轧，每一次轧制后样品在厚度方向上的平均压下量为50％；然后将热轧后的样品表面用钢刷打磨，并放在乙醇中进行超声清洗；
(6)重复步骤(5)的工艺不少于4次，即得到TiAl3颗粒增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述纯铝片的厚度为0.25mm，所述纳米钛粉的平均粒径为40nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)和步骤(5)采用工业轧机进行轧制，轧制速度为187mm/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，马弗炉中保温温度为600℃，保温时间为30min，热轧次数为4道次。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：(7)将步骤(6)得到的样品对折，用一片对折的钢板包裹后置于马弗炉中，并于660～900℃保温约10min，将样品取出后在660～900℃下进行热挤轧，将挤出钢板的Al去掉，每一次轧制后样品在厚度方向上的平均压下量为50％，；
(8)重复步骤(7)的工艺若干次。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(7)中，马弗炉温度为700℃，保温时间为10min。
7.一种TiAl3颗粒增强铝基复合材料，其特征在于：由权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到，所述的TiAl3颗粒增强铝基复合材料中，TiAl3体积分数为7％～49％，铝基体晶粒尺寸为450-500nm，TiAl3颗粒增强铝基复合材料的硬度为纯铝的2.0-6.4倍，抗拉强度为纯铝的2.7-6.6倍。
8.权利要求7所述的TiAl3颗粒增强铝基复合材料作为轻质高强的结构-功能材料的应用。
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