Ti-Al金屬間化合物層狀復合材料管及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種Ti-Al金屬間化合物層狀復合材料管及其制備方法。所述制備方法包括：以鈦合金管材作為內管坯和外管坯，中間填充中間夾層，將內管坯和外管坯兩端部焊合，使內管坯和外管坯之間的環形腔體為密閉的；然后對內管坯和外管坯之間的環形腔體抽真空，將內管坯、外管坯與中間夾層放入模具內，將內管坯內部填滿顆粒介質，并將內管坯、外管坯、金屬中間夾層、模具以及顆粒介質升高到設定溫度，保證金屬中間夾層為固態；通過壓頭向下移動擠壓顆粒介質，使外管坯貼住模具的內壁，然后保壓一段時間S，使內管坯、外管坯與金屬中間夾層接觸界面發生Ti和Al的擴散和反應，生成Ti-Al金屬間化合物。

【技術實現步驟摘要】
T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管及其制備方法
本專利技術涉及金屬基層狀復合材料管類構件制造領域，具體一種T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管及其原位成形制備一體化制造方法，或一種T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管及其制備方法。
技術介紹
T1-Al系金屬間化合物由于具有密度小、比強度高、高溫力學性能和抗氧化性能優異等特點，成為近年來人們研究開發的熱點，T1-Al層狀復合材料被認為是一類很有發展前景的航空航天高溫結構材料，但目前，T1-Al層狀復合材料只限于實驗階段，還未有制作成管狀或板狀以外的T1-Al層狀復合材料。隨著槍、炮管內腔耐磨損及核工業、航空航天領域管路系統耐高溫耐腐蝕等實際應用的迫切需求，T1-Al層狀復合管表現出了極大的應用前景。但T1-Al層狀復合材料塑性和韌性低、脆性大、難變形，難以加工成管型。
技術實現思路
本專利技術提供一種T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管及其制備方法，以解決T1-Al層狀復合材料難成形，難以加工成管型的問題。為此，本專利技術提出一種T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法，所述T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法包括:步驟A:以鈦或鈦合金管材作為內管坯和外管坯，內管坯和外管坯中間填充金屬中間夾層，所述中間夾層的材質為鋁箔或鋁粉，將內管坯和外管坯兩端部焊合，使內管坯和外管坯之間的環形腔體為密閉的，使所述內管坯為中空的；步驟B:然后對內管坯和外管坯之間的環形腔體抽真空，將內管坯、外管坯與中間夾層放入模具內，將所述內管坯內部填滿顆粒介質，以固體顆粒作為傳壓介質，并將內管坯、外管坯、金屬中間夾層、模具以及顆粒介質升高到設定溫度T，保證金屬中間夾層為固態；步驟C:通過壓頭向下移動擠壓設置在所述內管坯內部的顆粒介質，顆粒介質在壓頭的擠壓下，對內管坯和外管坯產生徑向擠壓力，使外管坯貼住模具的內壁，并使內管坯、外管坯與金屬中間夾層相互壓緊，然后保壓一段時間S，使內管坯、外管坯與金屬中間夾層接觸界面發生Ti和Al的擴散和反應，使得內管坯、外管坯與中間夾層接觸界面生成T1-Al金屬間化合物；然后，冷卻至室溫，得到T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管。進一步地，所述中間夾層的材質為鋁箔或鋁粉。進一步地，所述步驟A發生在常溫常壓下。進一步地，所述顆粒介質為沙子或陶瓷丸。進一步地，所述設定溫度T為580至660°C。進一步地,所述時間S為4個小時,所述沙子的粒徑為不得大于0.4mm,所述T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管內壁的表面用肉眼看無明顯壓痕。進一步地，所述生成的T1-Al金屬間化合物為Al3Ti金屬間化合物。進一步地，所述內管坯和外管坯均為圓柱形管坯，沿所述內管坯和外管坯的軸向截面，所述模具的內壁的表面曲率與所述外管坯的外壁的表面曲率不同或相同，所述壓頭的形狀為錐形。進一步地，所述模具的內壁包括:球形弧面或者橢球形弧面或長方柱形面或三棱柱形面。本專利技術還提出一種T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管，T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的形狀為管狀，所述T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管包括:內側的鈦表層、外側的鈦表層以及位于內側的鈦表層和外側的鈦表層之間的T1-Al金屬間化合物層。進一步地,所述T1-Al金屬間化合物層為Al3Ti。進一步地，T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管采用前面所述的制備方法制成。本專利技術制備的T1-Al層狀復合管結合界面，即內管坯、外管坯與中間夾層接觸界面生成T1-Al金屬間化合物，不止是冶金結合，而是產生金屬間化合物強化層。本專利技術不是采用粉末燒結法，而是采用兩層成品金屬管，原位反應生成金屬間化合物。本專利技術能夠制造出T1-Al層狀復合管構件，尤其能夠實現異形截面及接頭類T1-Al層狀復合管構件的制造。本專利技術制作的T1-Al層狀復合管，制造周期短，成形精度高。本專利技術將復合管成形與制備在一個工藝流程內完成，復合管制造周期短，成形精度高。進而，本專利技術采用顆粒介質作為傳壓介質，具有成本低、壓力可控、模具簡單和易密封等優點。【附圖說明】圖1為根據本專利技術實施例的T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法的工作原理示意圖附圖標號說明:1-內管坯，2-外管坯，3-金屬中間夾層，4模具，5-顆粒介質，6-壓頭【具體實施方式】為了對本專利技術的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【附圖說明】本專利技術。本專利技術提出一種T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法，如圖1所示，所述T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法包括:步驟A:以鈦或鈦合金管材作為內管坯I和外管坯2，內管坯I和外管坯2中間填充金屬中間夾層3，中間夾層的材質為鋁箔或鋁粉，將內管坯I和外管坯2兩端部焊合，使內管坯和外管坯之間的環形腔體為密閉的，形成密封口袋，使所述內管坯I為中空的；所述步驟A例如發生在常溫常壓下，簡化了加工條件；步驟B:然后對內管坯和外管坯之間的環形腔體抽真空，以防止加工過程中的氧化，將內管坯、外管坯與中間夾層放入模具4內，將所述內管坯I內部填滿顆粒介質5，以固體顆粒作為傳壓介質，并將內管坯、外管坯、金屬中間夾層、模具以及顆粒介質升高到設定溫度T，保證金屬中間夾層3為固態，或保證金屬中間夾層3未熔化；步驟C:通過壓頭6向下移動擠壓設置在所述內管坯內部的顆粒介質5，顆粒介質5在壓頭6的擠壓下，對內管坯I和外管坯2產生徑向擠壓力，使和外管坯2貼住模具6的內壁，并使內管坯1、外管坯2與金屬中間夾層3相互壓緊，緊密接觸，然后保壓一段時間S，使內管坯、外管坯與金屬中間夾層接觸界面發生Ti和Al充分的擴散和反應，使得內管坯、外管坯與中間夾層接觸界面生成T1-Al金屬間化合物；然后，冷卻至室溫，得到含有T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管或管狀的T1-Al金屬間化合物層狀復合材料。例如，所述生成的T1-Al金屬間化合物為Al3Ti金屬間化合物，該T1-Al金屬間化合物能夠利用Ti層良好的變形能力，能夠防止裂紋尖端的形成，從而使T1-A13Ti層狀復合材料具有良好的損傷容限性能，既有較高的強度，又有良好的塑性和韌性，可以耐高溫耐腐蝕。進一步地，所述中間夾層3的材質為鋁箔或鋁粉，以使得內管坯、外管坯與金屬中間夾層接觸界面發生Ti和Al充分的擴散和反應。進一步地，通過控制顆粒介質的大小能夠保證層狀復合管件內壁的表面質量，同時，顆粒介質5傳遞壓力沿軸線呈非均勻分布，且與壓頭6的端頭形狀和壓入深度形成配合，使得顆粒介質5傳遞壓力具有可控性。作為較佳的選擇，所述顆粒介質為沙子或陶瓷丸，這樣可以獲得T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管內壁較好的表面質量。進一步地，設定溫度T為580至660°C，以實現內管坯、外管坯與金屬中間夾層接觸界面發生Ti和Al充分的擴散和反應，作為較佳的選擇，設定溫度T為620°C，反映速度快，所述時間S為至少4個小時，而且鋁箔或鋁粉不會融化所述沙子的粒徑為不得大于0.4mm,所述T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管內壁的表面用肉眼看無明顯壓痕，以便后續的加工質量。進一步地，所述內管坯和外管坯的材質為TA16，以保證T1-Al金屬間化合物層狀復合材料的反應。進一步地，如圖1所示，所述內管坯I和外管坯2均為圓柱形管坯，沿所述內管坯I和外管坯2的軸向截面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Ti?Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法，其特征在于，所述Ti?Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法包括：步驟A：以鈦或鈦合金管材作為內管坯和外管坯，內管坯和外管坯中間填充金屬中間夾層，所述中間夾層的材質為鋁箔或鋁粉，將內管坯和外管坯兩端部焊合，使內管坯和外管坯之間的環形腔體為密閉的，使所述內管坯為中空的；步驟B：然后對內管坯和外管坯之間的環形腔體抽真空，將內管坯、外管坯與中間夾層放入模具內，將所述內管坯內部填滿顆粒介質，以固體顆粒作為傳壓介質，并將內管坯、外管坯、金屬中間夾層、模具以及顆粒介質升高到設定溫度T，保證金屬中間夾層為固態；步驟C：通過壓頭向下移動擠壓設置在所述內管坯內部的顆粒介質，顆粒介質在壓頭的擠壓下，對內管坯和外管坯產生徑向擠壓力，使外管坯貼住模具的內壁，并使內管坯、外管坯與金屬中間夾層相互壓緊，然后保壓一段時間S，使內管坯、外管坯與金屬中間夾層接觸界面發生Ti和Al的擴散和反應，使得內管坯、外管坯與中間夾層接觸界面生成Ti?Al金屬間化合物；然后，冷卻至室溫，得到含有Ti?Al金屬間化合物層的層狀復合管。

【技術特征摘要】
1.一種T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法，其特征在于，所述T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法包括: 步驟A:以鈦或鈦合金管材作為內管坯和外管坯，內管坯和外管坯中間填充金屬中間夾層，所述中間夾層的材質為鋁箔或鋁粉，將內管坯和外管坯兩端部焊合，使內管坯和外管坯之間的環形腔體為密閉的，使所述內管坯為中空的； 步驟B:然后對內管坯和外管坯之間的環形腔體抽真空，將內管坯、外管坯與中間夾層放入模具內，將所述內管坯內部填滿顆粒介質，以固體顆粒作為傳壓介質，并將內管坯、夕卜管坯、金屬中間夾層、模具以及顆粒介質升高到設定溫度T，保證金屬中間夾層為固態； 步驟C:通過壓頭向下移動擠壓設置在所述內管坯內部的顆粒介質，顆粒介質在壓頭的擠壓下，對內管還和外管還產生徑向擠壓力，使外管還貼住模具的內壁，并使內管還、夕卜管坯與金屬中間夾層相互壓緊，然后保壓一段時間S，使內管坯、外管坯與金屬中間夾層接觸界面發生Ti和Al的擴散和反應，使得內管坯、外管坯與中間夾層接觸界面生成T1-Al金屬間化合物； 然后，冷卻至室溫，得到含有T1-Al金屬間化合物層的層狀復合管。2.如權利要求1所述的T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法，其特征在于，所述顆粒介質為沙子或陶瓷丸。3.如權利要求1所述的T1-Al金屬間化合物層狀復合材料管的制備方法，其特征在于，所述步驟A發生在常溫常壓下。4.如權利要求1所述的T1-Al金屬間化合物層狀復合材...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張榮霞，吳為，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所，
類型：發明
國別省市：