本發明屬于復合材料制備技術領域，具體涉及一種鈦鋁/鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法。
背景技術：
復合材料可以將兩種或多種材料的性能優勢有機的結合起來，獲得單一材料無法具有的多種性能，用以滿足各行各業對于服役材料的力學或其它物理性能要求。復合材料可以分為層狀復合材料，顆粒增強復合材料，纖維增強復合材料，其中層狀復合材料由于在層與層之間存在較多的界面，使得其具有良好的斷裂韌性，當裂紋擴展至界面時，可發生偏轉或分叉，使得擴展路徑發生增加。這一優點使得層狀材料在未來擁有一定的應用前景。
金屬間化合物往往具有優異的力學性能及其它物理性能，而其中的鋁系金屬間化合物較為成熟，由于其密度低，力學性能好，制備工藝相對簡單，引起了較為廣泛的關注，其中鈦鋁金屬間化合物密度在3.7g/cm3～3.9g/cm3，熔點為1465℃，且在熔點以下晶體結構一直穩定存在。由于鈦鋁晶胞中的軌道雜化作用使al、ti成鍵產生極化效應，具有方向性，從而導致了ti和al原子層之間很強的鍵合力。這種強鍵合使鈦鋁系金屬間化合物能夠在高溫下保持較高的比剛度及比強度。與鈦鋁合金相比，鎳鋁合金具有更高的熔點，具有更好的抗氧化性能和更好的高溫抗腐蝕能力。
鈦鋁/鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料可以有效的將二者的優勢結合起來，以期獲得優良的綜合性能。但目前沒有公開資料披露相應的技術。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是開發出一種新型的金屬間化合物層狀復合材料即鈦鋁/鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法，通過對鈦鋁及鎳鋁金屬間化合物的復合化，使得材料的綜合性能得到提高，進而滿足工程結構設計及應用的需要。
為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是：
一種鈦鋁鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟(1)：將經過表面處理的鈦箔、鎳箔和鋁箔切成設定形狀和尺寸的金屬片，交替堆砌疊放至總層數為7～350層,組成三明治狀疊層結構，并在最外側用純鈦箔進行包套；
鈦箔、鎳箔和鋁箔的厚度相同，均為100～500μm；
在三明治狀疊層結構最外側的包套鈦箔外表面均勻涂覆阻隔劑，再將其放置于石墨模具中；
將石墨模具置于真空熱壓燒結設備中，在常溫下施加1～3mpa的預緊壓力，保壓10～30min，控制三明治狀疊層結構中的各箔片相互貼合接觸；
步驟(2)：卸載步驟(1)中施加在三明治狀疊層結構上的壓力，以10℃/min的加熱速率將三明治狀疊層結構中的箔材加熱到600～700℃，保溫5～50h；
步驟(3)：以10℃/min的加熱速率將三明治狀疊層結構中箔材的溫度加熱至900～1300℃，同時施加10～30mpa的壓力，保溫0.1～2h；
步驟(4)：隨爐冷卻，退模，得到鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料。
進一步的，如上所述的一種鈦鋁鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法，步驟(1)中，所述的表面處理是采用丙酮、甲醇中的一種進行擦洗，再分別進行以下兩種處理方式之一：酸洗、堿洗；
進行酸洗處理時，使用體積濃度為5～10％的hf水溶液酸洗10～30s后用清水洗凈，吹干；
進行堿洗處理時，使用體積濃度為5～20％的naoh水溶液堿洗10～30s后用清水洗凈，吹干。
進一步的，如上所述的一種鈦鋁鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法，步驟(1)中，鈦箔、鎳箔和鋁箔的形狀為正方形，尺寸為500×500mm。
進一步的，如上所述的一種鈦鋁鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法，步驟(1)中，鈦箔、鎳箔和鋁箔的厚度相同，均為100～500μm。
進一步的，如上所述的一種鈦鋁鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法，步驟(1)中，鈦箔、鎳箔和鋁箔的厚度均為200μm。
進一步的，如上所述的一種鈦鋁鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法，步驟(1)中，阻隔劑類型為以下兩種之一：氮化硼、氧化釔；真空熱壓燒結設備為以下兩種之一：真空熱壓爐、熱等靜壓爐。
進一步的，如上所述的一種鈦鋁鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法，步驟(2)中，卸載步驟(1)中施加在疊層箔材上的壓力之后，進行以下加熱和保溫工藝中之一：
(1)以10℃/min的加熱速率將疊層箔材加熱到700℃，保溫10h；
(2)以10℃/min的加熱速率將疊層箔材加熱到650℃，保溫30h；
(3)以10℃/min的加熱速率將疊層箔材加熱到600℃，保溫40h；
步驟(3)中，進行以下加熱工藝中的一種：
(1)以10℃/min的加熱速率加熱到1100℃，同時施加10mpa的壓力，保溫60min后隨爐冷卻；
(2)以10℃/min的加熱速率加熱到1200℃，同時施加10mpa的壓力，保溫30min后隨爐冷卻；
(3)以10℃/min的加熱速率加熱到1300℃，同時施加10mpa的壓力，保溫10min后隨爐冷卻。
本發明技術方案的有益效果在于：
1、采用本發明的制備方法可以一次性完成鈦鋁/鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備，生產工藝簡單易行，制備過程使用的真空熱壓燒結爐、熱等靜壓爐等均為常規設備，因此本發明對設備要求較低。
2、本發明鈦鋁/鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的單層金屬間化合物厚度可以通過調整工業用純鈦箔，鎳箔和鋁箔的厚度而進行控制，可以針對不同的需求設計得到單層厚度不同的鈦鋁/鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料；同時，通過控制初始工業用純鈦箔，鎳箔和鋁箔裁剪金屬片尺寸以及疊層的數量的控制做到形狀可控，避免過多的二次加工。
3、通過本發明制備的鈦鋁/鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料密度低，強度高，抗氧化性能優良，抗高溫腐蝕性能好，可以應用于航天、航空領域或在高級轎車發動機的零部件中使用。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明技術方案進行進一步詳細說明。
本發明一種鈦鋁鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟(1)：將經過表面處理的鈦箔、鎳箔和鋁箔切成設定形狀(在本實施例中是500×500mm的正方形)和尺寸的金屬片，交替堆砌疊放至總層數為7～350層(在本實施例中為41層),組成三明治狀疊層結構，并在最外側用純鈦箔進行包套；
表面處理是采用丙酮、甲醇中的一種進行擦洗，再分別進行以下兩種之一的處理：酸洗、堿洗；進行酸洗處理時，使用體積濃度為5～10％的hf水溶液酸洗10～30s后用清水洗凈，吹干；進行堿洗處理時，使用體積濃度為5～20％的naoh水溶液堿洗10～30s后用清水洗凈，吹干；
在三明治狀疊層結構最外側的包套鈦箔外表面均勻涂覆以下兩種之一的阻隔劑：氮化硼、氧化釔，再將其放置于石墨模具中；
鈦箔、鎳箔和鋁箔的厚度均為100～500μm；在本實施例中為200μm；
將石墨模具置于以下兩種之一的真空熱壓燒結設備中：真空熱壓爐、熱等靜壓爐，在常溫下施加1～3mpa預緊壓力，保壓10～30min，控制三明治狀疊層結構中的箔片相互貼合接觸；
步驟(2)：卸載步驟(1)中施加在三明治狀疊層結構上的壓力，以10℃/min的加熱速率將三明治狀疊層結構中的箔材加熱到600～700℃，保溫5～50h；加熱和保溫工藝這一過程是對疊層箔材進行反應退火熱處理，使得鋁箔、鈦箔和鎳箔發生擴散反應生成三鋁化鈦及三鋁化鎳金屬間化合物。具體的工藝為以下之一：
(1)以10℃/min的加熱速率將疊層箔材加熱到700℃，保溫10h；
(2)以10℃/min的加熱速率將疊層箔材加熱到650℃，保溫30h；
(3)以10℃/min的加熱速率將疊層箔材加熱到600℃，保溫40h；
步驟(3)：以10℃/min的加熱速率將三明治狀疊層結構中箔材的溫度加熱至900～1300℃，同時施加10～30mpa的壓力，保溫0.1～2h；
熱加工這一過程的目的是使得殘余的鈦箔、鎳鋁繼續與前一步生成的鋁化物發生擴散反應生成鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物。同時施加10mpa的壓力，其目的為致密化材料。
具體的工藝為以下之一：
(1)以10℃/min的加熱速率加熱到1100℃，同時施加10mpa的壓力，保溫60min后隨爐冷卻；
(2)以10℃/min的加熱速率加熱到1200℃，同時施加10mpa的壓力，保溫30min后隨爐冷卻；
(3)以10℃/min的加熱速率加熱到1300℃，同時施加10mpa的壓力，保溫10min后隨爐冷卻；
步驟(4)：隨爐冷卻，退模，得到鈦鋁、鎳鋁金屬間化合物層狀復合材料。