一种原位生长TiAl3骨架的织构Ti3AlC2增强铝基复合材料的制备方法

技术特征：
1.一种原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、称料按体积分数称取5％～30％ti3alc2粉体和95％～70％铝金属粉体；所述铝金属粉体的平均直径为1μm～20μm；所述ti3alc2粉体的平均粒径为15μm～60μm；二、ti3alc2粉体的破碎和片状球磨将步骤一称取的ti3alc2粉体装入球磨罐中进行球磨；球料比为(8～15):1，转速为300rpm～450rpm，球磨时间为10h～20h；通过球磨使ti3alc2团簇打开、颗粒破碎，发生层间剥离，得到厚度为0.1μm～2μm、直径为0.3μm～5μm的片状ti3alc2颗粒；三、铝金属粉体的片状球磨将步骤一称取的铝金属粉体装入球磨罐中进行球磨；球料比为(5～15):1，转速为300rpm～450rpm，球磨时间为10h～30h；通过球磨使球形铝金属颗粒发生变形，得到厚度为0.2μm～1.6μm、直径为8μm～15μm的片状铝金属颗粒；四、片状ti3alc2粉体和片状铝金属粉体的球磨混合将步骤二获得的片状ti3alc2颗粒和步骤三获得的片状铝金属颗粒装入球磨罐中进行球磨混合；采用低能球磨，球料比为(1～2):1，转速为150rpm～200rpm，球磨时间为1.5h～3h，使两种颗粒充分混合，最后在真空炉或保护气氛、以及200℃～300℃下保温10h～20h，得到片状ti3alc2和片状铝金属的复合粉体；五、ti3alc2和铝金属的复合粉体的装模将步骤四得到的片状ti3alc2和片状铝金属的复合粉体均匀倒入模具中，将装填完毕的模具充分振动保证粉体内部均匀且表面平整，随后对粉体进行冷压；冷压过程中，加压速度为0.1mm/min～3mm/min，加压至4mpa～20mpa并保压5min～10min，得到定向排布的ti3alc2和铝金属的复合预制体；六、低温放电等离子烧结将步骤五得到的复合预制体连同模具移至放电等离子烧结炉的烧结室中，用上下卡具将模具装配好，炉内调整为真空环境；首先在压力为20mpa～300mpa下将将预制体预热到300℃～400℃，随后在1min～5min内将样品加热至450℃～620℃；然后将温度调整为450℃～640℃并在压力为20mpa～300mpa的条件下保持10min～20min，使预制体充分致密化；最后以20℃/min～40℃/min的速度进行冷却，冷却后脱模，得到烧结态块体，即原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述铝金属为纯铝或铝合金。3.根据权利要求1所述的原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述铝金属为al-si合金、al-si-cu合金、al-cu-mg合金、al-zn-cu合金、al-zn-mg-cu合金、al-si-cu-mg合金中的一种或其中几种的组合。4.根据权利要求3所述的原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备
方法，其特征在于：所述al-si合金中si的质量分数为2％～25％；al-si-cu合金中si的质量分数为0.5％～25％，cu的质量分数为0.5％～53％；al-cu-mg合金中cu的质量分数为0.5％～53％，mg的质量分数为0.5％～38％；al-zn-cu合金中zn的质量分数为0.5％～55％，cu的质量分数为0.5％～53％；al-zn-mg-cu合金中zn的质量分数为0.5％～55％，mg的质量分数为0.5％～38％，cu的质量分数为0.5％～53％；al-si-cu-mg合金中si的质量分数为0.5％～25％，cu的质量分数为0.5％～53％，mg的质量分数为0.5％～38％。5.根据权利要求1所述的原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述ti3alc2的纯度大于95％。6.根据权利要求1所述的原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二球磨过程中使用硬脂酸作为过程控制剂，硬脂酸为ti3alc2粉体质量的0.1％～0.3％。7.根据权利要求1所述的原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中所述的球磨过程，使用的磨罐和磨球的材质为不锈钢钢、氧化锆或碳化钨。8.根据权利要求1所述的原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤三球磨过程中使用硬脂酸作为过程控制剂，硬脂酸为铝金属粉体质量的0.25％～0.5％。9.根据权利要求1所述的原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤五中所述的模具内壁的直径为40mm～120mm。10.根据权利要求1所述的原位生长tial3骨架的织构ti3alc2增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中所述的保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种；所述保护气体的压力为0.1mpa～10mpa。

技术总结
一种原位生长TiAl3骨架的织构Ti3AlC2增强铝基复合材料的制备方法，涉及一种铝基复合材料的制备方法。为了解决低温、高效率地在Ti3AlC2/Al复合材料中同时获得定向排布的Ti3AlC2和原位自生的TiAl3的问题。方法：以大粒径的Ti3AlC2粉体和铝金属粉体为原料，通过高能球磨制备出厚度/长度比非常小的Ti3AlC2片和铝金属片；然后通过低能球磨对两种片状粉体进行混合，最后结合冷压和放电等离子烧结，使复合材料中的片状Ti3AlC2颗粒织构化排布。本发明可以有效降低反应温度和反应时间，复合材料具有较高的室温和高温强度，可以调控TiAl3的生成量，因此可以实现对复合材料组织的有效调控。调控。调控。


技术研发人员：张强 王智君 马一夫 祝平 陈晓东 杨文澍 修子扬 陈国钦 姜龙涛 武高辉
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.08.29
技术公布日：2022/11/18