專利名稱：Ti基合金多層板的制備方法
技術領域：
本發明涉及合金多層板的制備方法。
背景技術：
鈦及鈦合金活性大，在高溫下極易氧化，第一代高溫鈦合金是Ti-6A1-4V，使用溫 度為300-35(TC，隨后相繼研制出使用溫度達40(TC的鈦合金，使用溫度由40(TC上升到 55(TC經歷了 40年。但是單一的Ti合金不能應用于55(TC以上的氧化環境中。
與一般鈦合金相比，鈦鋁金屬間化合物Ti3Al(a》和TiAl(Y)的最大優點是高溫 性能好(最高使用溫度分別為816和982°C )、抗氧化能力強、抗蠕變性能好和重量輕(密 度僅為鎳基高溫合金的1/2)，這些優點使其成為未來航空發動機及飛機結構件最具競爭力 的材料。但是單一的鈦鋁金屬間化合物的室溫脆性大、可加工性差等缺點嚴重阻礙了它的 應用。 目前，制備多層板的方法主要有重復壓縮+扎制法、等離子噴涂、電沉積、磁控濺 射等。但是由于設備昂貴、方法復雜、污染大、周期長、平整度較差等問題，限制了他們的應 用，而且不可以對薄板的特定部位進行處理，無法形成微區多層板結構，還會由于科肯達爾 效應，在多層結構的界面常常形成空洞缺陷。
發明內容
本發明是為了解決現有單一的Ti合金不能應用于550°C以上的氧化環境中；單一 的鈦鋁金屬間化合物的室溫脆性大和可加工性差；現有制備多層板的方法存在諸多缺陷的 問題，而提供了 Ti基合金多層板的制備方法。 Ti基合金多層板的制備方法按以下步驟實現一、采用800#砂紙預磨Ti基合金 薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，再將A1C13粉末或NH4C1粉末按每平 方厘米0. 1 0. 5g的比例涂覆到Ti基合金薄板的表面，得試件；二、然后用鋁箔將試件包 覆起來，并施加0 lMPa的壓力，然后置于燒結爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為 500 90(TC的條件下滲鋁處理0. 1 6h ;三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣 氛或真空、溫度為1000 1300°C的條件熱處理O. 5 12h，即完成Ti基合金多層板的制備； 步驟一中Ti基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm，Ti基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟 二中真空條件的真空度為0. 1 10Pa ;步驟二中鋁箔的單層厚度為10 200 ii m ;步驟二中 包覆的鋁箔為1 5層。 Ti基合金多層板的制備方法按以下步驟實現一、采用800#砂紙預磨Ti基合金 薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，得試件；二、采用體積濃度為5 10%的HC1擦拭鋁箔，然后用鋁箔將試件包覆起來，并施加0 lMPa的壓力，然后置于燒 結爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500 90(TC的條件下滲鋁處理0. 1 6h ; 三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為1000 130(TC的條件熱 處理0. 5 12h，即完成Ti基合金多層板的制備；步驟一中Ti基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm，Ti基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中真空條件的真空度為0. 1 10Pa ;步
驟二中鋁箔的單層厚度為10 200 m ;步驟二中包覆的鋁箔為1 5層。 本發明利用鈦基高溫合金作為韌化相的芯層，Ti-Al金屬間化合物作為抗氧化的
表層相，制備Ti基合金多層板結構，不但提高了其抗氧化性能，而且由于界面效應，還同時
提高了其強度，室溫脆性小和可加工性好。本發明制備的Ti基合金多層板在氧化環境中的
使用溫度達980 IOO(TC。本發明所用設備簡單，操作容易，成本低，無污染，周期短，并且
可以對薄板的特定部位進行處理，形成微區多層板結構。 本發明采用的Ti基合金薄板為晶粒尺寸小于10 m的細晶材料，可以避免科肯達 爾效應在多層結構的層界面形成空洞。 本發明制備Ti基合金多層板，在滲鋁的過程中可以根據Ti基合金薄板的厚度及 熱處理時間長短等因素，調節施加壓力，使薄板在滲鋁后不會產生變形(在薄板厚度大，且 滲鋁處理時間短的情況，可以不施加壓力)，平整度較好，而且用鋁箔包覆滲鋁對試樣的尺 寸大小不受限制(可以根據需要對試件的特定區域進行微區滲鋁，而不進行整體滲鋁)，滲 鋁過程中A1C13或NH4C1催化劑在高溫下為氣態，滲鋁過程順利，薄板的表面平整，不與鋁箔 發生粘連，表面光潔度較高，同時設備不會受到浸蝕。
具體實施例方式
本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的
任意組合。 具體實施方式
一 本實施方式Ti基合金多層板的制備方法按以下步驟實現一、 采用800#砂紙預磨Ti基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，再將 A1C13粉末或NH4C1粉末按每平方厘米0. 1 0. 5g的比例涂覆到Ti基合金薄板的表面，得 試件；二、然后用鋁箔將試件包覆起來，并施加0 IMPa的壓力，然后置于燒結爐中，在氬氣 氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500 900°C的條件下滲鋁處理0. 1 6h ;三、將滲鋁處理后 的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為1000 130(TC的條件熱處理0. 5 12h，即 完成Ti基合金多層板的制備；步驟一中Ti基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm， Ti基合金薄 板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中真空條件的真空度為0. 1 10Pa ;步驟二中鋁箔的單層 厚度為10 200iim;步驟二中包覆的鋁箔為1 5層。
本實施方式步驟一中預磨目的是去除Ti基合金上的氧化層。
本實施方式步驟一中Ti基合金薄板是采用電子束物力氣相沉積技術制得。
本實施方式步驟一中A1C13粉末或NH4C1粉末是作為滲鋁催化劑。
本實施方式步驟二中滲鋁采用現有常規滲鋁技術。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中超聲波清洗 3 5min。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中超聲波清洗 4min。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二或三不同的是步驟一中Ti基合
金薄板的厚度為0. 2 0. 4mm。其它步驟及參數與具體實施方式
二或三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
二或三不同的是步驟一 Ti基合金薄板的厚度為0. 3mm。其它步驟及參數與具體實施方式
二或三相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟二中鋁箔的單層厚 度為20 180iim。其它步驟及參數與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟二中鋁箔的單層厚 度為100 ym。其它步驟及參數與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
六或七不同的是步驟二中施加 OMPa的壓力。其它步驟及參數與具體實施方式
六或七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
八不同的是步驟二中在氬氣氣氛、 溫度為50(TC的條件下滲鋁處理30min。其它步驟及參數與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
九不同的是步驟二中將滲鋁處理后 的試件置于氫氣氣氛、溫度為110(TC的條件熱處理2h。其它步驟及參數與具體實施方式
九 相同。
具體實施方式
i^一 本實施方式Ti基合金多層板的制備方法按以下步驟實現 一、采用800#砂紙預磨Ti基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，得 試件；二、采用體積濃度為5 10%的HC1擦拭鋁箔，然后用鋁箔將試件包覆起來，并施加 0 lMPa的壓力，然后置于燒結爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500 90(TC的 條件下滲鋁處理O. 1 6h ;三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度 為1000 1300°C的條件熱處理0. 5 12h，即完成Ti基合金多層板的制備；步驟一中Ti 基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm， Ti基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中真空條 件的真空度為0. 1 10Pa ;步驟二中鋁箔的單層厚度為10 200 ii m ;步驟二中包覆的鋁箔 為1 5層。 本實施方式步驟二中采用HC1擦拭鋁箔，反應后即形成AlCl3，作為滲鋁催化劑。
本實施方式步驟二中擦拭鋁箔目的是溶解表面氧化層。
本實施方式步驟二中滲鋁采用現有常規滲鋁技術。
具體實施方式
十一 本實施方式與具體實施方式
十不同的是步驟一中超聲波清洗 5min。其它步驟及參數與具體實施方式
十相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
i^一不同的是步驟一中Ti基合 金薄板的厚度為0. 2mm。其它步驟及參數與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
十二不同的是步驟二中施加 0. 01 lMPa的壓力。其它步驟及參數與具體實施方式
十二相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
十三不同的是步驟二在氬氣氣 氛、溫度為60(TC的條件下滲鋁處理10min。其它步驟及參數與具體實施方式
十三相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
十三不同的是步驟二在氫氣氣 氛、溫度為70(TC的條件下滲鋁處理2h。其它步驟及參數與具體實施方式
十三相同。
具體實施方式
十六本實施方式Ti基合金多層板的制備方法按以下步驟實現
一、 采用800#砂紙預磨Ti基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗3min，再將 AlCl3粉末或NH^1粉末按每平方厘米O. 2g的比例涂覆到Ti基合金薄板的表面，得試件；
二、 然后用鋁箔將試件包覆起來，并施加OMPa的壓力，然后置于燒結爐中，在氬氣氣氛、溫 度為50(TC的條件下滲鋁處理6h ;三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、溫度為IOO(TC的條件熱處理12h，即完成Ti基合金多層板的制備；步驟一中Ti基合金薄板的厚度為0. 2mm， Ti基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中鋁箔的單層厚度為100 m ;步驟二中包覆的 鋁箔為l層。 本實施方式所得Ti基合金多層板，經測試，在氧化環境中的使用溫度達980°C。
具體實施方式
十七本實施方式Ti基合金多層板的制備方法按以下步驟實現
一、 采用800ft砂紙預磨Ti基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗4min，得試件；
二、 采用體積濃度為10X的HC1擦拭鋁箔，然后用鋁箔將試件包覆起來，并施加0. 8MPa的壓 力，然后置于燒結爐中，在氫氣氣氛、溫度為80(TC的條件下滲鋁處理0. 5h ;三、將滲鋁處理 后的試件置于氫氣氣氛、溫度為120(TC的條件熱處理lh，即完成Ti基合金多層板的制備； 步驟一中Ti基合金薄板的厚度為0. 3mm，Ti基合金薄板的晶粒尺寸小于1 y m ;步驟二中鋁 箔的單層厚度為150ym ;步驟二中包覆的鋁箔為3層。 本實施方式所得Ti基合金多層板，經測試，在氧化環境中的使用溫度達IOO(TC。
權利要求
Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于Ti基合金多層板的制備方法按以下步驟實現一、采用800#砂紙預磨Ti基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2～6min，再將AlCl3粉末或NH4Cl粉末按每平方厘米0.1～0.5g的比例涂覆到Ti基合金薄板的表面，得試件；二、然后用鋁箔將試件包覆起來，并施加0～1MPa的壓力，然后置于燒結爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500～900℃的條件下滲鋁處理0.1～6h；三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為1000～1300℃的條件熱處理0.5～12h，即完成Ti基合金多層板的制備；步驟一中Ti基合金薄板的厚度為0.1～0.5mm，Ti基合金薄板的晶粒尺寸小于1μm；步驟二中真空條件的真空度為0.1～10Pa；步驟二中鋁箔的單層厚度為10～200μm；步驟二中包覆的鋁箔為1～5層。
2. 根據權利要求1所述的Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟一中超聲波清 洗3 5min。
3. 根據權利要求2所述的Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟一中Ti基合 金薄板的厚度為0. 2 0. 4mm。
4. 根據權利要求3所述的Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟二中在氬氣氣 氛、溫度為50(TC的條件下滲鋁處理30min。
5. 根據權利要求4所述的Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟二中將滲鋁處 理后的試件置于氫氣氣氛、溫度為110(TC的條件熱處理2h。
6. Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于Ti基合金多層板的制備方法按以下步驟 實現一、采用800#砂紙預磨Ti基合金薄板表面，然后置于丙酮溶液中超聲波清洗2 6min，得試件；二、采用體積濃度為5 10%的HC1擦拭鋁箔，然后用鋁箔將試件包覆起來， 并施加0 lMPa的壓力，然后置于燒結爐中，在氬氣氣氛、氫氣氣氛或真空、溫度為500 90(TC的條件下滲鋁處理0. 1 6h ;三、將滲鋁處理后的試件置于氬氣氣氛、氫氣氣氛或真 空、溫度為1000 130(TC的條件熱處理0. 5 12h，即完成Ti基合金多層板的制備；步驟 一中Ti基合金薄板的厚度為0. 1 0. 5mm，Ti基合金薄板的晶粒尺寸小于1 P m ;步驟二中 真空條件的真空度為0. 1 10Pa ;步驟二中鋁箔的單層厚度為10 200 ii m ;步驟二中包覆 的鋁箔為1 5層。
7. 根據權利要求6所述的Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟一中超聲波清 洗5min。
8. 根據權利要求7所述的Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟一中Ti基合 金薄板的厚度為0. 2mm。
9. 根據權利要求8所述的Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟二在氬氣氣 氛、溫度為60(TC的條件下滲鋁處理10min。
10. 根據權利要求9所述的Ti基合金多層板的制備方法，其特征在于步驟二在氫氣氣 氛、溫度為70(TC的條件下滲鋁處理2h。
全文摘要
Ti基合金多層板的制備方法，它涉及合金多層板的制備方法。本發明解決了現有單一的Ti合金不能應用于550℃以上的氧化環境中；單一的鈦鋁金屬間化合物的室溫脆性大和可加工性差；現有制備多層板的方法存在諸多缺陷的問題。方法預磨合金，超聲波清洗，涂覆AlCl3粉末或NH4Cl粉末，或者采用HCl擦拭鋁箔，然后鋁箔包覆，進行滲鋁處理，再熱處理，即完成。本發明Ti基合金多層板，室溫脆性小和可加工性好，在氧化環境中的使用溫度達980～1000℃。本發明所用設備簡單，操作容易，成本低，無污染，周期短，并且可以對薄板的特定部位進行處理，形成微區多層板結構，平整度較好，且避免了層界面形成空洞。
文檔編號C23C10/60GK101748358SQ201010300719
公開日2010年6月23日 申請日期2010年1月26日 優先權日2010年1月26日
發明者何飛, 盧亮, 孫躍, 宋廣平, 曾崗, 李明偉, 赫曉東, 趙軼杰 申請人:哈爾濱工業大學