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一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料及其制備方法與流程

文檔序號:12099125閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料,其特征在于纖維增強Ti/Al層狀復合材料由層狀芯材和包套組成,所述的包套利用厚度為0.5mm~1mm的鈦板或厚度為0.5mm~1mm的不銹鋼板制成;所述的層狀芯材由上至下依次為鈦層和若干層重復的疊層單元,且所述的疊層單元由上至下依次為鋁層、纖維布層、鋁層和鈦層。

2.根據權利要求1所述的一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料,其特征在于所述的纖維布層為T700系列3K雙向斜紋碳纖維布、T700系列3K雙向平紋碳纖維布、T700系列6K單向碳纖維布、M40J系列6K碳纖維單向編織布、表面鍍銅的T700系列3K碳纖維平紋雙向布、表面鍍鎳的T700系列3K碳纖維平紋雙向布、表面鍍鎳的T700系列6K碳纖維單向布、高強碳化硅纖維單向布或高強碳化硅纖維雙向布。

3.根據權利要求2所述的一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料,其特征在于

當T700系列3K雙向斜紋碳纖維布作為纖維布層時,相鄰疊層單元的纖維布層中纖維軸向呈45°交叉排列;

當T700系列6K單向碳纖維布作為纖維布層時,相鄰疊層單元的纖維布層中纖維軸向垂直排列或纖維軸向呈45°交叉排列;

當M40J系列6K碳纖維單向編織布作為纖維布層時,相鄰疊層單元的纖維布層中纖維軸向呈45°交叉排列;

當表面鍍鎳的T700系列6K碳纖維單向布作為纖維布層時,相鄰疊層單元的纖維布層中纖維軸向垂直排列;

當高強碳化硅纖維單向布作為纖維布層時,相鄰疊層單元的纖維布層中纖維軸向呈45°交叉排列。

4.如權利要求1所述的一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料的制備方法,其特征在于它是按以下步驟完成的:

一、表面清洗:①、將鈦箔進行剪裁,再經砂紙打磨,打磨后用丙酮或酒精清洗,然后利用HF/HNO3混合溶液清洗,清洗1min~2min后利用去離子水沖洗,烘干后采用超聲波清洗技術清洗,先以去離子水作為洗滌劑超聲波清洗,再以無水乙醇作為洗滌劑超聲波清洗,取出烘干后,得到干凈鈦箔;②、將鋁箔進行剪裁,再經砂紙打磨,打磨后用丙酮或酒精清洗,然后利用濃度為0.005mol/L~0.01mol/L的NaOH溶液清洗,清洗1min~2min后利用去離子水沖洗,烘干后采用超聲波清洗技術清洗,先以去離子水作為洗滌劑超聲波清洗,再以無水乙醇作為洗滌劑超聲波清洗,取出烘干后,得到干凈鋁箔;

二、表面處理:將纖維布在300~400℃烘烤0.5h~1h,冷卻后取出,放入丙酮溶液,以去離子水作為洗滌劑,利用超聲波清洗技術清洗2~3次,再進行剪裁,得到干凈纖維布;

三、制備預制件:將干凈纖維布、干凈鋁箔和干凈鈦箔交替疊放,得到疊層材料預制體;

所述疊層材料預制體由上至下依次為干凈鈦箔和若干層重復的疊層單元,且所述的疊層單元由上至下依次為干凈鋁箔、干凈纖維布、干凈鋁箔和干凈鈦箔;

四、包套:用厚度為0.5mm~1mm的鈦板或厚度為0.5mm的不銹鋼板按照疊層材料預制體的外形、尺寸焊制包套,然后將疊層材料預制體放入包套中,并密封包套,利用真空泵將包套內抽成真空,至真空度達到1×10-1Pa以下為止,得到帶包套疊層材料預制體;

五、將帶包套疊層材料預制體放入模具中,覆蓋保溫棉,開啟加熱裝置加熱至550~700℃,開啟壓力機,閉合模具,在帶包套疊層材料預制體的包套上施加10MPa~40MPa的壓力,并在溫度為550~700℃和壓力為10MPa~40MPa下保溫保壓0.5h~2h,停止加壓,并降溫,冷卻至室溫后去除模具,即得到纖維增強Ti/Al層狀復合材料;

步驟一①中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成,且HF/HNO3混合溶液中HF的濃度為0.1mol/L,HNO3的濃度為0.1mol/L。

5.根據權利要求4所述的一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料的制備方法,其特征在于步驟一①中所述的鈦箔為厚度為50μm~200μm的TA1合金箔材、厚度為50μm~200μm的TA2合金箔材、厚度為50μm~200μm的TC4鈦合金箔材、厚度為50μm~200μm的TB5鈦合金箔材或厚度為50μm~200μm的TB6鈦合金箔材;步驟一②中所述的鋁層為厚度為100μm~250μm的純鋁箔材、厚度為100μm~250μm的5052鋁合金箔材、厚度為100μm~250μm的6061鋁合金箔材、厚度為100μm~250μm的7076鋁合金箔材或厚度為100μm~250μm的8011鋁合金箔材。

6.根據權利要求4所述的一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料的制備方法,其特征在于步驟二中所述的纖維布為T700系列3K雙向斜紋碳纖維布、T700系列3K雙向平紋碳纖維布、T700系列6K單向碳纖維布或M40J系列6K碳纖維單向編織布;當T700系列3K雙向斜紋碳纖維布作為纖維布時,步驟三中相鄰疊層單元的干凈纖維布中纖維軸向呈45°交叉排列;當T700系列6K單向碳纖維布作為纖維布時,步驟三中相鄰疊層單元的干凈纖維布中纖維軸向垂直排列或纖維軸向呈45°交叉排列;當M40J系列6K碳纖維單向編織布作為纖維布時,步驟三中相鄰疊層單元的干凈纖維布中纖維軸向呈45°交叉排列。

7.根據權利要求4所述的一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料的制備方法,其特征在于步驟二中對纖維布進行剪裁,得到干凈纖維布;所述的纖維布為表面鍍銅的T700系列3K碳纖維平紋雙向布、表面鍍鎳的T700系列3K碳纖維平紋雙向布或表面鍍鎳的T700系列6K碳纖維單向布;當表面鍍鎳的T700系列6K碳纖維單向布作為纖維布時,步驟三中相鄰疊層單元的干凈纖維布中纖維軸向垂直排列。

8.如權利要求1所述的一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料的制備方法,其特征在于它是按以下步驟完成的:

一、表面清洗:將鈦箔進行剪裁,再經砂紙打磨,打磨后用丙酮或酒精清洗,然后利用HF/HNO3混合溶液清洗,清洗1min~2min后利用去離子水沖洗,烘干后采用超聲波清洗技術清洗,先以去離子水作為洗滌劑超聲波清洗,再以無水乙醇作為洗滌劑超聲波清洗,取出烘干后,得到干凈鈦箔;步驟一中所述HF/HNO3混合溶液由HF、HNO3和水混合而成,且HF/HNO3混合溶液中HF的濃度為0.1mol/L,HNO3的濃度為0.1mol/L;

二、表面處理:將纖維布在300~400℃烘烤0.5h~1h,冷卻后取出,放入丙酮溶液,以去離子水作為洗滌劑,利用超聲波清洗技術清洗2~3次,再進行剪裁,得到干凈纖維布;

三、制備漿料:將含鋁粉末分散于質量分數為75%的酒精溶液中,采用超聲分散法震蕩1min~2min,制成含鋁漿料;步驟三中所述的含鋁粉末的質量與質量分數為75%的酒精溶液的體積比為50g:(125mL~300mL);步驟三中所述的含鋁粉末為純鋁粉或硅合金粉,其中所述硅合金粉中Si的質量分數為12%;

四、涂覆:將含鋁漿料涂覆在干凈纖維布上表面和下表面,干凈纖維布上表面涂覆厚度為1mm,干凈纖維布下表面覆厚度為1mm,得到涂覆鋁纖維布;

五、制備預制件:將涂覆鋁纖維布和干凈鈦箔交替疊放,得到疊層材料預制體;

所述疊層材料預制體由上至下依次為干凈鈦箔和若干層重復的疊層單元,且所述的疊層單元由上至下依次為涂覆鋁纖維布和干凈鈦箔;

六、包套:用厚度為0.5mm的不銹鋼板按照疊層材料預制體的外形、尺寸焊制包套,然后將疊層材料預制體放入包套中,并密封包套,利用真空泵將包套內抽成真空,至真空度達到1×10-1Pa以下為止,得到帶包套疊層材料預制體;

七、將帶包套疊層材料預制體放入模具中,覆蓋保溫棉,開啟加熱裝置加熱至550~700℃,開啟壓力機,閉合模具,在帶包套疊層材料預制體的包套上施加10MPa~40MPa的壓力,并在溫度為550~700℃和壓力為10MPa~40MPa下保溫保壓0.5h~2h,停止加壓,并降溫,冷卻至室溫后去除模具,即得到纖維增強Ti/Al層狀復合材料。

9.根據權利要求1所述的一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料的制備方法,其特征在于步驟二中所述纖維布為高強碳化硅纖維單向布或高強碳化硅纖維雙向布;

當高強碳化硅纖維單向布作為纖維布時,步驟三中相鄰疊層單元的干凈纖維布中纖維軸向呈45°交叉排列。

10.根據權利要求1所述的一種纖維增強Ti/Al層狀復合材料的制備方法,其特征在于步驟一中所述的鈦箔為厚度為50μm~200μm的TA1合金箔材、厚度為50μm~200μm的TA2合金箔材、厚度為50μm~200μm的TC4鈦合金箔材、厚度為50μm~200μm的TB5鈦合金箔材或厚度為50μm~200μm的TB6鈦合金箔材。

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