一种固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基的复合材料及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113733686A(43)申请公布日2021.12.03(21)申请号202111046389.XC23C8/36(2006.01)(22)申请日2021.09.08C23C8/64(2006.01)(71)申请人上海交通大学包头材料研究院地址014000内蒙古自治区包头市稀土高新区创业园C-12(72)发明人韩远飞吕维洁段宏强黄光法毛建伟(74)专利代理机构北京挺立专利事务所(普通合伙)11265代理人郭建军(51)Int.Cl.B32B15/01(2006.01)B32B33/00(2006.01)B32B37/06(2006.01)B32B38/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称一种固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基的复合材料及方法(57)摘要本发明公开了一种固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基的复合材料及方法，其包括如下步骤：一、按照设计要求加工钛合金或钛基复合材料薄片，并对薄片表面进行酸洗，去除氧化膜和其它污染物；二、采用固态渗碳或离子渗碳对目标薄片进行双面渗碳强化处理；三、将渗碳钛片与未处理钛片进行交替层叠组装成层状结构预制体；四、将层状结构预制体置于真空热压炉中，通过高温压力连接实现良好的层间界面冶金结合，最终随炉冷却至室温，获得层状钛基复合材料；本发明通过渗碳表面处理，可以将钛表面硬度从266HV提高至770HV，形成150μm的钛基复合材料渗层，该方法渗层与基体结合紧密，制备方法简便，成本低，易于实现，适合纯钛、钛合金和钛基复合材料等各种牌号。CN113733686ACN113733686A权利要求书1/2页1.一种固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基的复合材料，其特征在于：包括渗碳层，纯钛、钛合金或钛基复合材料层；渗碳层与纯钛、钛合金或钛基复合材料层交替层叠设置形成为层状钛基复合材料。2.根据权利要求1所述的固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基的复合材料，其特征在于：层状钛基复合材料层厚≥4层。3.一种固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，按照设计要求加工纯钛、钛合金或钛基复合材料薄片，对薄片表面进行酸洗，去除氧化膜和其它氧化物；步骤二，对加工并酸洗后的薄片单面或双面进行固态渗碳或离子渗碳，形成渗碳薄片；步骤三，将渗碳薄片与未处理薄片进行交替层叠组装成层状结构预制体；步骤四，将层状结构预制体通过高温压力连接实现良好的层间界面冶金结合，最终随炉冷却至室温，获得层状钛基复合材料。4.根据权利要求3所述的固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基复合材料的方法，其特征在于：在步骤一中，将纯钛、α+β钛合金、β钛合金或钛基复合材料加工为要求尺寸或形状的薄片，薄片厚度采用0.5~2mm；去除肉眼可见的表面污染物，采用600#‑2000#砂纸打磨薄片双表面并抛光，利用丙酮、酒精、盐酸、磷酸、乙酸、羟基乙酸或者草酸溶液清洗薄片双表面，保证原材料表面干净、平整且无污染物。5.根据权利要求3所述的固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基复合材料的方法，其特征在于，在步骤二中：其中，固态渗碳工艺过程为：将磨抛清洗后的薄片包裹在化学纯石墨粉中，石墨粉中C含量≥99.85%，粉末颗粒度在30μm以下的含量占比95%；将薄片试样与石墨粉末密封于充满氩气的石英管中，保证薄片双面都完全包裹于碳粉当中，氩气保护薄片氧化；将石英管置于箱式电子炉加热至950℃~1000℃，保温12~24小时，随炉冷却至室温取出，制得双面渗碳薄片；其中，离子渗碳工艺过程为：将薄片装入双辉光等离子无氢渗碳设备中，设置真空度为5×10‑3Pa以薄片试样作为阴极，99.999%的高纯氩气作为载气，在30MPa气压下，温度850℃~1000℃，依靠空心阴极效应，由氩离子轰击石墨源极，溅射出碳离子流，在阴极负偏压作用下流向阴极样品表面，并依靠扩散实现渗碳；在850℃~1000℃离子渗碳1~5小时，根据理论深层厚度150~250μm，调整源极距离样件的距离5mm‑10mm和保温时间，获得双面平整均匀的渗碳薄片。6.根据权利要求3所述的固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基复合材料的方法，其特征在于：在步骤四中，将固体渗碳的薄片或离子渗碳的薄片试样与未渗碳的薄片交替叠层，放置于真空热压炉中，在1.8‑2.5MPa压力下使得层状预制体固定压紧，形成层状结构预制体，确保渗碳样件与未渗碳样件叠层整齐，不出现偏移。7.根据权利要求6所述的固态渗碳或离子渗碳制备层状钛基复合材料的方法，其特征2CN113733686A权利要求书2/2页在于：将预压紧的层状预制体进行热压扩散连接，热压炉抽真空至10‑3Pa，随后开始以不超过15℃/min的升温速度开始升温，温度达到1050℃开始以2