一種互嵌式藕狀復合材料及其制備加工方法
【專利摘要】本發明屬于金屬材料領域，特別涉及一種互嵌式藕狀復合材料及其制備加工方法。本發明方法按預先設定鑲嵌數量、排列方式，在母體材料中內預制供塞入鑲嵌材料的孔，通過物理方式塞入鑲嵌材料；并對兩端進行真空等離子焊接，形成完整封閉鑲嵌體；對鑲嵌體進行熱等靜壓處理，使材料之間相互擴散，形成擴散焊接面；再對擴散焊接后的鑲嵌體進行冷、熱加工使其橫截面減少，形成軸向藕節狀截面。將該藕節狀鑲嵌體再次充當鑲嵌材料，鑲嵌在被鑲嵌材料中，重復熱等靜壓及必要的冷、熱加工，形成多層互嵌式藕狀復合材料。本發明方法加工過程簡單可行，而且可以對嵌套層數、排列數量、排列方式進行控制，特別適合于規模生產與應用。
【專利說明】一種互嵌式藕狀復合材料及其制備加工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬材料領域，特別涉及一種互嵌式藕狀復合材料及其制備加工方法。
【背景技術】
[0002]形狀記憶合金特別是鈦鎳基形狀記憶合金具有獨特的形狀記憶效應、超彈性效應，成為近年來工程研究、開發和應用的智能材料熱點。其中利用記憶合金功能特性作為增強體復合在其他結構材料中，使該復合材料既具有部分功能特性，又能很好滿足結構設計要求，成為了新的研究熱點，具有廣泛的工程應用前景。
[0003]目前，鈦鎳合金與金屬結構材料的復合材料制備常用手段有:預填埋鈦鎳絲澆鑄，鑄造析出共晶相等方法，但是目前這些方法制備工藝有自身的制約:如采用預填埋鈦鎳絲澆鑄方法時，需要對鈦鎳絲表面進行涂層等預處理，對絲材進行固定，澆鑄的復合結構材料熔點不能太高等條件制約；采用析出共晶澆鑄復合法則對成分有很大的限制，目前報道中只有鈮等少數幾個金屬能滿足澆鑄時出現共晶相，同時無法實現對合金的復合，而且對共晶相分布、尺寸控制上有極大的難度。因此開發一種簡潔有效的鈦鎳功能材料和結構金屬材料復合材料的制備加工工藝，對該類復合材料的研究和工程應用有廣泛的意義。
【發明內容】
[0004]針對現有技術不足，本發明提供了一種互嵌式藕狀復合材料及其制備加工方法。
[0005]一種雙層互嵌式藕狀復合材料的制備加工方法，其具體步驟如下:
[0006](I)按預先設定鑲嵌數量、排列方式，在母體材料中內預制供塞入鑲嵌材料的孔；再將配套合適尺寸的鑲嵌材料通過物理方式塞入被鑲嵌的母體材料；兩端進行焊接形成母體材料和鑲嵌材料的一個封閉、完整嵌套體；
[0007](2)將步驟(I)所得嵌套體在700?1100°C溫度下、50?300MPa壓力下進行熱等靜壓處理；使母體材料與鑲嵌材料相互結合在一起，并且產生互擴散，形成擴散焊接面；
[0008](3)再對擴散焊接后的嵌套體進行冷加工和熱加工使其橫截面積減小，形成軸向藕節狀截面；最后得到一種雙層互嵌式藕狀復合材料。
[0009]所述母體材料為鈦鎳功能合金或金屬結構材料。
[0010]所述鑲嵌材料為鈦鎳功能合金或金屬結構材料。
[0011]一種多層互嵌式藕狀復合材料的制備加工方法，其具體步驟如下:
[0012](I)按預先設定鑲嵌數量、排列方式，在母體材料中內預制供塞入鑲嵌材料的孔；再將配套合適尺寸的鑲嵌材料通過物理方式塞入被鑲嵌的母體材料；兩端進行焊接形成母體材料和鑲嵌材料的一個封閉、完整嵌套體；
[0013](2)將步驟(I)所得嵌套體在700?1100°C溫度下、50?300MPa壓力下進行熱等靜壓處理；使母體材料與鑲嵌材料相互結合在一起，并且產生互擴散，形成擴散焊接面；
[0014](3)再對擴散焊接后的嵌套體進行冷加工和熱加工使其橫截面積減小，形成軸向藕節狀截面；最后得到一種雙層互嵌式藕狀復合材料。
[0015](4)將得到的雙層互嵌式藕狀復合材料再次充當鑲嵌材料，鑲嵌在母體材料中，重復熱等靜壓及冷加工、熱加工，形成層狀互嵌式藕狀復合材料，再根據需要，將新制得的層狀互嵌式藕狀復合材料反復充當鑲嵌材料，鑲嵌在母體材料中，重復熱等靜壓及冷加工、熱加工，最后得到所需層數的多層互嵌式藕狀復合材料。
[0016]所述母體材料為鈦鎳功能合金或金屬結構材料。
[0017]一種互嵌式藕狀復合材料，所述互嵌式藕狀復合材料是通過上述制備加工方法制備加工得到的，其結構為雙層或多層由外到內包覆互嵌式藕狀結構。
[0018]本發明的有益效果為:
[0019]本發明方法加工過程簡單可行，對嵌套結構材料沒有限制(常見結構材料如鈮、鎢、銅等純金屬，及其常見的合金結構材料)，而且可以對嵌套層數、排列數量、排列方式進行控制，特別適合于規模生產與應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為母體材料結構示意圖，其中圖1a為縱剖面結構示意圖，圖1b為橫截面結構示意圖；
[0021]圖2為壓力壓制鑲嵌體示意圖；
[0022]圖3為嵌套體熱等靜壓后擴散焊接后橫截面示意圖；
[0023]圖4為多層互嵌式藕狀復合材料示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明提供了一種互嵌式藕狀復合材料及其制備加工方法，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0025]實施例1
[0026]1、首先在外徑為30mm，長為10mm的TiNi等原子比的鈦鎳記憶合金棒材上制出7個直徑為6mm的預制通孔，橫截面上預制孔呈6邊形，如圖1所示；
[0027]2、將7個過盈配合的外徑為6mm的純銅棒通過油壓機壓入預制瞳孔內(如示意圖2所示)，形成鈦鎳合金-純銅嵌套體；
[0028]3、對鈦鎳合金-純銅嵌套體上下端部通過真空等離子焊接，形成一個封閉、完整嵌套體；
[0029]4、將嵌套體在960°C，50MPa條件下進行熱等靜壓，處理2小時后，鈦鎳合金與純銅產生良好互擴散，形成良好結合，如圖3所示；
[0030]5、將熱等靜壓后嵌套體在800?850°C進行鍛造，道次鍛造變形量為15%?20%，得到外徑為6mm的棒材；再對該棒材進行冷拉拔，加工制度為:10%?15%的道次變形量、20%?30%的火次變形量、退火溫度為700°C，退火時間為I小時，最后加工成外徑為2mm的絲材；沿棒材橫截面切開可以發現棒材截面為鈦鎳合金鑲嵌銅細絲的藕節狀低倍組織形貌，鈦鎳和銅界面接觸完整。
[0031]實施例2
[0032]1、首先在外徑為100mm，長為300mm的鈦合金(牌號TC4)棒材上制出均勻分布的8個直徑為1mm的預制通孔；
[0033]2、將8個過盈配合的外徑為1mm的鈦鎳合金棒通過油壓機壓入預制瞳孔內，形成鈦合金-記憶合金嵌套體；
[0034]3、對鈦合金-鈦鎳嵌套體上下端部通過真空等離子焊接，形成一個封閉、完整嵌套體；
[0035]4、將嵌套體在1000°C，200MPa條件下進行熱等靜壓，處理3小時后，鈦合金與鈦鎳金屬產生良好互擴散，形成良好結合；
[0036]5、將熱等靜壓后嵌套體在850?90(TC溫度下進行鍛造，道次鍛造變形量為20%?25%，得到外徑為20mm的棒材；再以800?850°C、10%?15%道次變形量進行旋鍛，將棒材加工至外徑為10.5mm ；
[0037]6、將該棒材機加工至外徑為10mm，充當鑲嵌材料，壓入步驟I所述尺寸、以鈦鎳合金為材料的母體材料中，形成新的鑲嵌體；重復2-5步的工序，可制備出鈦鎳-鈦合金復合棒材，在橫截面上，該材料呈現兩層次藕節狀形貌:外層為鈦鎳合金，藕芯處為包含鈦合金為外層的、鈦鎳合金為藕芯的復合材料。
[0038]實施例3
[0039]1、首先在外徑為50mm，長為10mm的鈦鎳合金棒材上制出特定分布的20個直徑為5mm的預制通孔；
[0040]2、將20個過盈配合的外徑為5mm的鶴合金棒通過油壓機壓入預制瞳孔內，形成鈦鎳合金-鶴合金嵌套體；
[0041]3、對鈦鎳-鎢合金嵌套體上下端部通過真空等離子焊接，形成一個完整、封閉嵌套體；
[0042]4、將嵌套體在1100°C，300MPa條件下進行熱等靜壓，處理3小時后，鈦鎳合金與鎢合金產生良好互擴散，形成良好結合；
[0043]5、將熱等靜壓后嵌套體在850?90(TC溫度下進行鍛造，道次鍛造變形量為20%?25%，得到外徑為15mm的棒材；再以800?850°C、10%?15%道次變形量進行旋鍛，將棒材加工至外徑為10.5mm ；
[0044]6、對該棒材進行冷拉拔，加工制度為:10%?15%的道次變形量、20%?30%的火次變形量、退火溫度為700°C，退火時間為I小時，最后加工成外徑為Imm的鈦鎳-鎢合金復合絲材。
[0045]實施例4
[0046]1、首先在外徑為30mm，長為10mm的純鈮棒材上制出均勻分布的9個直徑為5mm的預制通孔；
[0047]2、將9個過盈配合的外徑為5_的鈦鎳合金棒通過油壓機壓入預制瞳孔內，形成銀-鈦鎳合金嵌套體；
[0048]3、對鈮-鈦鎳合金嵌套體上下端部通過真空等離子焊接，形成一個完整、封閉嵌套體；
[0049]4、將嵌套體在1100°C，250MPa條件下進行熱等靜壓，處理2小時后，鈮與鈦鎳合金產生良好互擴散，形成良好結合；
[0050]5、將熱等靜壓后嵌套體在700?850°C進行旋鍛，道次鍛造變形量為30%?45%，得到外徑為6mm的棒材；
[0051]6、將該棒材機加工至外徑為5mm，充當鑲嵌材料，壓入步驟I所述尺寸的以鈦鎳合金為材料的母體材料中，形成新的鑲嵌體，再重復2-5步工序，可制備出鈮-鈦鎳合金復合棒材，在橫截面上，該材料呈現兩層次藕節狀形貌。重復1-6步工序5次，即可建立5層次的藕節狀復合鈦鎳-鈮合金復合棒材。
[0052]7、對多層次外徑為6mm的復合鈦鎳-鈮合金復合棒材以10%?15%的道次變形量、20%?30%的火次變形量、退火溫度為700°C，退火時間為I小時，進行拉拔，最后加工成外徑為0.2mm的鈦鎳-鈮合金多層次互嵌式藕狀復合絲材。
【權利要求】
1.一種雙層互嵌式藕狀復合材料的制備加工方法，其特征在于，具體步驟如下: (O按預先設定鑲嵌數量、排列方式，在母體材料中內預制供塞入鑲嵌材料的孔；再將配套合適尺寸的鑲嵌材料通過物理方式塞入被鑲嵌的母體材料；兩端進行焊接形成母體材料和鑲嵌材料的一個封閉、完整嵌套體； (2)將步驟(I)所得嵌套體在700?1100°C溫度下、50?300MPa壓力下進行熱等靜壓處理；使母體材料與鑲嵌材料相互結合在一起，并且產生互擴散，形成擴散焊接面； (3)再對擴散焊接后的嵌套體進行冷加工和熱加工使其橫截面積減小，形成軸向藕節狀截面；最后得到一種雙層互嵌式藕狀復合材料。
2.根據權利要求1所述的制備加工方法，其特征在于:所述母體材料為鈦鎳功能合金或金屬結構材料。
3.根據權利要求1所述的制備加工方法，其特征在于:所述鑲嵌材料為鈦鎳功能合金或金屬結構材料。
4.一種多層互嵌式藕狀復合材料的制備加工方法，其特征在于，具體步驟如下: (O按預先設定鑲嵌數量、排列方式，在母體材料中內預制供塞入鑲嵌材料的孔；再將配套合適尺寸的鑲嵌材料通過物理方式塞入被鑲嵌的母體材料；兩端進行焊接形成母體材料和鑲嵌材料的一個封閉、完整嵌套體； (2)將步驟(I)所得嵌套體在700?1100°C溫度下、50?300MPa壓力下進行熱等靜壓處理；使母體材料與鑲嵌材料相互結合在一起，并且產生互擴散，形成擴散焊接面； (3)再對擴散焊接后的嵌套體進行冷加工和熱加工使其橫截面積減小，形成軸向藕節狀截面；最后得到一種雙層互嵌式藕狀復合材料。 (4)將得到的雙層互嵌式藕狀復合材料再次充當鑲嵌材料，鑲嵌在母體材料中，重復熱等靜壓及冷加工、熱加工，形成層狀互嵌式藕狀復合材料，再根據需要，將新制得的層狀互嵌式藕狀復合材料反復充當鑲嵌材料，鑲嵌在母體材料中，重復熱等靜壓及冷加工、熱加工，最后得到所需層數的多層互嵌式藕狀復合材料。
5.根據權利要求4所述的制備加工方法，其特征在于:所述母體材料為鈦鎳功能合金或金屬結構材料。
6.一種互嵌式藕狀復合材料，其特征在于:所述互嵌式藕狀復合材料是通過權利要求1?5任意一條權利要求所述制備加工方法制備加工得到的，其結構為雙層或多層由外到內包覆互嵌式藕狀結構。
【文檔編號】B23P13/00GK104289857SQ201310306545
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月19日 優先權日:2013年7月19日
【發明者】尹向前, 米緒軍, 李艷鋒, 高寶東, 黃國杰, 王建偉, 解浩峰 申請人:北京有色金屬研究總院