一种具有微/纳双尺度组织结构的Ti2AlNb基复合材料及其热处理方法

本发明属于金属间化合物材料热处理，尤其涉及一种具有微/纳双尺度组织结构的ti2alnb基复合材料及其热处理方法。

背景技术：

1、ti2alnb基金属间化合物因具有低密度、高比强度、高弹性模量以及优异的高温抗氧化和抗蠕变性能，被认为是航空航天领域650~800℃温度区间的重要候选结构材料。然而，ti2alnb合金及其复合材料在实际应用过程中仍面临室温塑性不足、强度与塑性难以协同提升的问题，限制了其进一步工程应用。

2、ti2alnb合金属于典型多相金属间化合物材料，主要由o相、b2相以及α2相组成。其中，o相作为主要强化相，其尺寸、形貌、取向及空间分布状态对材料力学性能具有重要影响。通常情况下，粗大o相片层结构能够提高材料变形协调能力，有利于改善塑性；而细小纳米尺度o相能够有效阻碍位错运动，提高材料强度。

3、现有热处理工艺通常以某一目标尺度为导向进行组织调控，在o+b2两相区热处理获得片层o/b2组织以改善塑性，或在较低温度时效析出细小o相以提高强度。这种以单一尺度为目标的调控方式存在固有矛盾，粗大o相虽然有利于变形协调，但相界面密度低，对位错运动的阻碍作用有限，强度提升幅度受限。细小纳米o相虽然强化效果显著，但在长时间保温过程中容易发生粗化，且析出行为难以主动控制，往往伴随塑性下降。即便尝试调整温度或保温时间，也难以在同一基体中同时稳定保留两种尺度的o相。

4、微米o相与纳米o相在析出热力学条件和长大动力学行为上存在显著差异，先形成的相在后续高温阶段易发生粗化或回溶，后析出的相又难以在已粗化的基体中均匀形核。同时，长时间热处理容易导致β晶粒长大和网状结构破坏，进一步增加了组织稳定控制的难度。因此，现有热处理工艺难以对o相的析出顺序、元素扩散路径和长大行为进行有效调控，也无法在同一材料中实现微米o相与纳米o相的分级分布并保持结构稳定，强度与塑性难以兼顾的问题仍未得到根本解决。如何通过热处理工艺的合理设计实现上述组织调控目标，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决ti2alnb基复合材料中o相尺寸单一、强度与塑性难以协同提升的问题，本发明提供了一种具有微/纳双尺度组织结构的ti2alnb基复合材料及其热处理方法。

2、本发明的技术方案：

3、一种具有微/纳双尺度组织结构的ti2alnb基复合材料的热处理方法，包括以下步骤：

4、步骤一，将粉末冶金态ti2alnb基复合材料置于真空或保护气氛条件下，在850~970℃进行中温固溶处理，保温0.5~2.5h后水冷或油冷；

5、步骤二，将步骤一所得固溶样品在真空或保护气氛条件下，在650~800℃进行低温时效处理，保温4~24h后空冷或炉冷至室温，在基体中同时获得微米尺度o相组织和纳米尺度o相组织协同分布的异质组织结构。

6、进一步的，步骤一所述粉末冶金态ti2alnb基复合材料为含(ti,nb)b晶须的网状(ti,nb)b/ti2alnb基复合材料。

7、进一步的，所述网状(ti,nb)b/ti2alnb基复合材料中(ti,nb)b晶须含量为0.1~0.5vol.%。

8、进一步的，所述粉末冶金态ti2alnb基复合材料通过放电等离子烧结或热压烧结制备得到。

9、进一步的，步骤一保温结束后，样品水冷或油冷的转移时间小于3s。

10、进一步的，步骤一和步骤二中，真空气氛均保持在1pa以下。

11、进一步的，步骤一和步骤二中，保护气氛均为氩气气氛，氩气气压为0.05~0.15mpa。

12、一种由本发明提供的热处理方法制备的ti2alnb基复合材料，所述复合材料的基体中同时存在微米尺度o相组织和纳米尺度o相组织。

13、进一步的，所述微米尺度o相组织的平均厚度为0.15~0.50μm，所述纳米尺度o相组织的平均厚度为10~60nm。

14、本发明的有益效果：

15、本发明通过对中温固溶与低温时效的调控，实现了对ti2alnb基复合材料中o相尺寸演化的综合调控，避免了单一热处理过程中o相尺寸调控能力不足的问题。中温固溶阶段形成微米o相骨架，复合材料内网状分布的(ti,nb)b晶须发挥晶界钉扎效应，抑制β晶界迁移与晶粒粗化，既保护原始网状结构不被高温热处理破坏，也为后续双尺度o相的稳定共存提供组织基础；低温时效阶段在微米o相之间析出纳米o相，并通过预形成微米o相限制纳米o相粗化，两阶段相互协同，使微米尺度o相与纳米尺度o相在同一基体中协同分布。微米o相改善组织协调变形能力，纳米o相提高强化能力，二者协同实现强度与塑性的同步提升。与未经分级热处理的原始复合材料相比，中温固溶与低温时效分级热处理后的ti2alnb基复合材料室温抗拉强度提高3.6%，延伸率提高45%。本发明工艺简单，仅通过热处理路径设计即可实现组织调控，不需要改变材料成分，具有良好的工程应用价值。

1.一种具有微/纳双尺度组织结构的ti2alnb基复合材料的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，步骤一所述粉末冶金态ti2alnb基复合材料为含(ti,nb)b晶须的网状(ti,nb)b/ti2alnb基复合材料。

3.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，所述网状(ti,nb)b/ti2alnb基复合材料中(ti,nb)b晶须含量为0.1~0.5vol.%。

4.根据权利要求1-3任一所述的热处理方法，其特征在于，所述粉末冶金态ti2alnb基复合材料通过放电等离子烧结或热压烧结制备得到。

5.根据权利要求4所述的热处理方法，其特征在于，步骤一保温结束后，样品水冷或油冷的转移时间小于3s。

6.根据权利要求5所述的热处理方法，其特征在于，步骤一和步骤二中，真空气氛均保持在1pa以下。

7.根据权利要求6所述的热处理方法，其特征在于，步骤一和步骤二中，保护气氛均为氩气气氛，氩气气压为0.05~0.15mpa。

8.一种由权利要求1-7任一所述的热处理方法制备的ti2alnb基复合材料，其特征在于，所述复合材料的基体中同时存在微米尺度o相组织和纳米尺度o相组织。

9.根据权利要求8所述的ti2alnb基复合材料，其特征在于，所述微米尺度o相组织的平均厚度为0.15~0.50μm，所述纳米尺度o相组织的平均厚度为10~60nm。