專利名稱：一種碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種異質材料連接用合金，特別是一種碳/碳復合材料與鈦合金連接
用合金。
背景技術：
碳/碳復合材料是一種以碳纖維增強碳基體的先進復合材料，具有質量輕、比強 度高、熱膨脹系數低、尺寸穩定性好、耐腐蝕等優異性能。特別是其高溫力學性能尤顯突出， 在200(TC溫度以下，其強度隨溫度的升高不僅不下降反而有所升高，是一種非常優異的高 溫結構材料。鈦合金是一種金屬材料，具有質量輕、韌性好、耐高溫、耐腐蝕等性能，是一種 優異的航空、航天用結構材料。碳/碳復合材料與鈦合金的連接件兼具碳/碳復合材料和 鈦合金的優異性能，在航空、航天、化工等領域具有廣闊的應用前景。但連接問題是制約其 應用的瓶頸問題。 碳/碳復合材料與鈦合金連接，必需解決兩個關鍵問題。其一是碳/碳復合材料 與鈦合金的化學相容性問題。鈦合金中的鈦是一種活性金屬元素，在高溫下易與碳/碳復 合材料中的碳發生劇烈反應，生成結構、形態難以控制的碳化物，影響碳/碳復合材料與鈦 合金連接界面的結合。其次是碳/碳復合材料和鈦合金的物理相容性問題。碳/碳復合材 料與鈦合金之間存在熱膨脹的差異。與鈦合金相比，碳/碳復合材料的熱膨脹系數小一個 數量級。在溫變過程中，這種差異引致的連接界面熱應力集中，將可能引起界面剝離、脫離， 最終導致連接失效。因此，急需一種對碳/碳復合材料和鈦合金均具有較好的化學相容性， 同時具有較好物理相容性的連接用合金。
發明目的 本發明的目的是提供一種連接用合金及其制備方法，改進碳/碳復合材料與鈦合
金之間的化學相容性和物理相容性，促進兩者之間的連接。 本發明是采用下述方案實現的 1)按合金元素重量百分比Cu 36 64%、Ag 32 60%、Cr 2 6%、Ti 2 10% ; 2)在1320 160(TC、小于10Pa的真空度下感應熔煉、澆鑄成錠； 3)采用氣體霧化制粉方法，在1320 160(TC、小于10Pa的真空度下重熔、制粉、
篩分，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金。 本發明中，所述碳/碳復合材料可以是碳纖維針剌整體氈增強碳/碳復合材料或 碳纖維三維穿剌氈增強碳/碳復合材料中的一種，碳/碳復合材料的表觀密度為1. 65g/ cm3 1. 92g/cm3。本發明中，所述鈦合金可以是TC4鈦合金或TA2鈦合金中的一種。 本發明由于采用上述工藝方法，因而，具有如下優點和積極效果 1、加入Cr、Ti等碳化物生成元素，改善連接合金對碳/碳復合材料的化學相容性。 2、加入Cu、 Ag等元素，降低連接合金的熔化溫度，提高連接合金的延展性能，有利于連接界面熱應力的松弛，改善連接合金對鈦合金的物理相容性。 3、采用真空感應熔煉、鑄錠+氣體霧法制粉方法，確保合金成分的均勻性。 4、采用本發明的連接用合金能夠在碳/碳復合材料與鈦合金之間形成冶金結合
的連接界面。 綜上所述，本發明能夠改善碳/碳復合材料和鈦合金的化學、物理相容性，促進碳 /碳復合材料和鈦合金的連接。
圖1為碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金制備工藝流程圖； 圖2為采用本發明的連接用合金制備的碳/碳復合材料與鈦合金連接界面； 圖3為連接界面接近鈦合金區的微觀形貌； 圖4為連接界面接近碳/碳復合材料區的微觀形貌。
具體實施方式
實施例1 首先，按重量百分比Cu 37%、Ag 59%、Cr 2%、Ti 2%配制成合金原料。其次， 將合金原料置于真空感應加熱爐內，在1320 155(TC、小于10Pa的真空度下熔煉、澆鑄成 錠。再次，將鑄錠置于氣體霧化制粉裝置中，在1320 155(TC、小于10Pa的真空度下重熔、 制粉。最后，將制得的合金粉末篩選分級，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金用連接合 金。 實施例2 首先，按重量百分比Cu 42%、Ag 52%、Cr 2%、Ti 4%配制成合金原料。其次， 將合金原料置于真空感應加熱爐內，在1320 150(TC、小于10Pa的真空度下熔煉、澆鑄成 錠。再次，將鑄錠置于氣體霧化制粉裝置中，在1320 150(TC、小于10Pa的真空度下重熔、 制粉。最后，將制得的合金粉末篩選分級，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金用連接合 金。 實施例3 首先，按重量百分比Cu 46%、Ag 46%、Cr 2%、Ti 6%配制成合金原料。其次， 將合金原料置于真空感應加熱爐內，在1320 150(TC、小于10Pa的真空度下熔煉、澆鑄成 錠。再次，將鑄錠置于氣體霧化制粉裝置中，在1320 150(TC、小于10Pa的真空度下重熔、 制粉。最后，將制得的合金粉末篩選分級，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金用連接合 金。 實施例4 首先，按重量百分比Cu 50%、Ag 40%、Cr 2%、Ti 8%配制成合金原料。其次， 將合金原料置于真空感應加熱爐內，在1320 150(TC、小于10Pa的真空度下熔煉、澆鑄成 錠。再次，將鑄錠置于氣體霧化制粉裝置中，在1320 150(TC、小于10Pa的真空度下重熔、 制粉。最后，將制得的合金粉末篩選分級，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金用連接合 金。 實施例5
首先，按重量百分比Cu 56%、Ag 32%、Cr 2%、Ti 10%配制成合金原料。其次， 將合金原料置于真空感應加熱爐內，在1400 160(TC、小于lOPa的真空度下熔煉、澆鑄成 錠。再次，將鑄錠置于氣體霧化制粉裝置中，在1400 160(TC、小于lOPa的真空度下重熔、 制粉。最后，將制得的合金粉末篩選分級，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金用連接合 金。 實施例6 首先，按重量百分比Cu 57%、Ag 38%、Cr 3%、Ti 2%配制成合金原料。其次， 將合金原料置于真空感應加熱爐內，在1400 160(TC、小于10Pa的真空度下熔煉、澆鑄成 錠。再次，將鑄錠置于氣體霧化制粉裝置中，在1400 160(TC、小于10Pa的真空度下重熔、 制粉。最后，將制得的合金粉末篩選分級，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金用連接合 金。 實施例7 首先，按重量百分比Cu 40%、Ag 52%、Cr 4%、Ti 4%配制成合金原料。其次， 將合金原料置于真空感應加熱爐內，在1350 155(TC、小于10Pa的真空度下熔煉、澆鑄成 錠。再次，將鑄錠置于氣體霧化制粉裝置中，在1350 155(TC、小于10Pa的真空度下重熔、 制粉。最后，將制得的合金粉末篩選分級，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金用連接合 金。 實施例8 首先，按重量百分比Cu 52%、Ag 41%、Cr 5%、Ti 2%配制成合金原料。其次， 將合金原料置于真空感應加熱爐內，在1400 160(TC、小于10Pa的真空度下熔煉、澆鑄成 錠。再次，將鑄錠置于氣體霧化制粉裝置中，在1400 160(TC、小于10Pa的真空度下重熔、 制粉。最后，將制得的合金粉末篩選分級，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金用連接合 金。 實施例9 首先，按重量百分比Cu 45%、Ag 45%、Cr 6%、Ti 4%配制成合金原料。其次， 將合金原料置于真空感應加熱爐內，在1400 160(TC、小于10Pa的真空度下熔煉、澆鑄成 錠。再次，將鑄錠置于氣體霧化制粉裝置中，在1400 160(TC、小于10Pa的真空度下重熔、 制粉。最后，將制得的合金粉末篩選分級，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金用連接合 金。
權利要求
一種碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金，其特征在于合金元素重量百分比Cu 36～64％、Ag 32～60％、Cr 2～6％、Ti 2～10％。
2. —種碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金的制備方法，包括下述步驟1) 按權利要求1所述合金元素重量百分比配制合金原料；2) 在1320 160(TC、小于10Pa的真空度下感應熔煉、澆鑄成錠；3) 采用氣體霧化制粉方法，在1320 160(TC、小于lOPa的真空度下重熔、制粉、篩分，制得碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金。
3. 根據權利要求2所述的碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金的制備方法，其特征在于步驟3)所述碳/碳復合材料是碳纖維針剌整體氈增強碳/碳復合材料或碳纖維三維穿剌氈增強碳/碳復合材料中的一種，碳/碳復合材料的表觀密度為1. 65g/cm3 1. 92g/cm3。
4. 根據權利要求2所述的碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金的制備方法，其特征在于步驟3)所述鈦合金是TC4鈦合金或TA2鈦合金中的一種。
全文摘要
一種碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金及其制備方法，包括下述步驟1)按合金元素重量百分比Cu 36～64％、Ag 32～60％、Cr 2～6％、Ti 2～10％配制合金原料；2)在1320～1600℃、小于10Pa的真空度下感應熔煉、澆鑄成錠；3)采用氣體霧化制粉方法，在1320～1600℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉、篩分，即得本發明的碳/碳復合材料與鈦合金連接用合金。采用本發明制備的連接用合金能夠改善碳/碳復合材料和鈦合金的化學、物理相容性，促進碳/碳復合材料和鈦合金的連接。
文檔編號C22C5/06GK101717874SQ20091004479
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月23日 優先權日2009年11月23日
發明者于奇, 夏莉紅, 宋旼, 張福勤, 梁世棟, 歐孝璽, 袁鐵錘 申請人:中南大學