一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法
【专利摘要】本发明属于金属材料领域，特别涉及一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法。本发明方法按预先设定镶嵌数量、排列方式，在母体材料中内预制供塞入镶嵌材料的孔，通过物理方式塞入镶嵌材料；并对两端进行真空等离子焊接，形成完整封闭镶嵌体；对镶嵌体进行热等静压处理，使材料之间相互扩散，形成扩散焊接面；再对扩散焊接后的镶嵌体进行冷、热加工使其横截面减少，形成轴向藕节状截面。将该藕节状镶嵌体再次充当镶嵌材料，镶嵌在被镶嵌材料中，重复热等静压及必要的冷、热加工，形成多层互嵌式藕状复合材料。本发明方法加工过程简单可行，而且可以对嵌套层数、排列数量、排列方式进行控制，特别适合于规模生产与应用。
【专利说明】一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料领域，特别涉及一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法。
【背景技术】
[0002]形状记忆合金特别是钛镍基形状记忆合金具有独特的形状记忆效应、超弹性效应，成为近年来工程研究、开发和应用的智能材料热点。其中利用记忆合金功能特性作为增强体复合在其他结构材料中，使该复合材料既具有部分功能特性，又能很好满足结构设计要求，成为了新的研究热点，具有广泛的工程应用前景。
[0003]目前，钛镍合金与金属结构材料的复合材料制备常用手段有:预填埋钛镍丝浇铸，铸造析出共晶相等方法，但是目前这些方法制备工艺有自身的制约:如采用预填埋钛镍丝浇铸方法时，需要对钛镍丝表面进行涂层等预处理，对丝材进行固定，浇铸的复合结构材料熔点不能太高等条件制约；采用析出共晶浇铸复合法则对成分有很大的限制，目前报道中只有铌等少数几个金属能满足浇铸时出现共晶相，同时无法实现对合金的复合，而且对共晶相分布、尺寸控制上有极大的难度。因此开发一种简洁有效的钛镍功能材料和结构金属材料复合材料的制备加工工艺，对该类复合材料的研究和工程应用有广泛的意义。
【发明内容】
[0004]针对现有技术不足，本发明提供了一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法。
[0005]一种双层互嵌式藕状复合材料的制备加工方法，其具体步骤如下:
[0006](I)按预先设定镶嵌数量、排列方式，在母体材料中内预制供塞入镶嵌材料的孔；再将配套合适尺寸的镶嵌材料通过物理方式塞入被镶嵌的母体材料；两端进行焊接形成母体材料和镶嵌材料的一个封闭、完整嵌套体；
[0007](2)将步骤(I)所得嵌套体在700?1100°C温度下、50?300MPa压力下进行热等静压处理；使母体材料与镶嵌材料相互结合在一起，并且产生互扩散，形成扩散焊接面；
[0008](3)再对扩散焊接后的嵌套体进行冷加工和热加工使其横截面积减小，形成轴向藕节状截面；最后得到一种双层互嵌式藕状复合材料。
[0009]所述母体材料为钛镍功能合金或金属结构材料。
[0010]所述镶嵌材料为钛镍功能合金或金属结构材料。
[0011]一种多层互嵌式藕状复合材料的制备加工方法，其具体步骤如下:
[0012](I)按预先设定镶嵌数量、排列方式，在母体材料中内预制供塞入镶嵌材料的孔；再将配套合适尺寸的镶嵌材料通过物理方式塞入被镶嵌的母体材料；两端进行焊接形成母体材料和镶嵌材料的一个封闭、完整嵌套体；
[0013](2)将步骤(I)所得嵌套体在700?1100°C温度下、50?300MPa压力下进行热等静压处理；使母体材料与镶嵌材料相互结合在一起，并且产生互扩散，形成扩散焊接面；
[0014](3)再对扩散焊接后的嵌套体进行冷加工和热加工使其横截面积减小，形成轴向藕节状截面；最后得到一种双层互嵌式藕状复合材料。
[0015](4)将得到的双层互嵌式藕状复合材料再次充当镶嵌材料，镶嵌在母体材料中，重复热等静压及冷加工、热加工，形成层状互嵌式藕状复合材料，再根据需要，将新制得的层状互嵌式藕状复合材料反复充当镶嵌材料，镶嵌在母体材料中，重复热等静压及冷加工、热加工，最后得到所需层数的多层互嵌式藕状复合材料。
[0016]所述母体材料为钛镍功能合金或金属结构材料。
[0017]一种互嵌式藕状复合材料，所述互嵌式藕状复合材料是通过上述制备加工方法制备加工得到的，其结构为双层或多层由外到内包覆互嵌式藕状结构。
[0018]本发明的有益效果为:
[0019]本发明方法加工过程简单可行，对嵌套结构材料没有限制(常见结构材料如铌、钨、铜等纯金属，及其常见的合金结构材料)，而且可以对嵌套层数、排列数量、排列方式进行控制，特别适合于规模生产与应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为母体材料结构示意图，其中图1a为纵剖面结构示意图，图1b为横截面结构示意图；
[0021]图2为压力压制镶嵌体示意图；
[0022]图3为嵌套体热等静压后扩散焊接后横截面示意图；
[0023]图4为多层互嵌式藕状复合材料示意图。
【具体实施方式】
[0024]本发明提供了一种互嵌式藕状复合材料及其制备加工方法，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0025]实施例1
[0026]1、首先在外径为30mm，长为10mm的TiNi等原子比的钛镍记忆合金棒材上制出7个直径为6mm的预制通孔，横截面上预制孔呈6边形，如图1所示；
[0027]2、将7个过盈配合的外径为6mm的纯铜棒通过油压机压入预制瞳孔内(如示意图2所示)，形成钛镍合金-纯铜嵌套体；
[0028]3、对钛镍合金-纯铜嵌套体上下端部通过真空等离子焊接，形成一个封闭、完整嵌套体；
[0029]4、将嵌套体在960°C，50MPa条件下进行热等静压，处理2小时后，钛镍合金与纯铜产生良好互扩散，形成良好结合，如图3所示；
[0030]5、将热等静压后嵌套体在800?850°C进行锻造，道次锻造变形量为15%?20%，得到外径为6mm的棒材；再对该棒材进行冷拉拔，加工制度为:10%?15%的道次变形量、20%?30%的火次变形量、退火温度为700°C，退火时间为I小时，最后加工成外径为2mm的丝材；沿棒材横截面切开可以发现棒材截面为钛镍合金镶嵌铜细丝的藕节状低倍组织形貌，钛镍和铜界面接触完整。
[0031]实施例2
[0032]1、首先在外径为100mm，长为300mm的钛合金(牌号TC4)棒材上制出均匀分布的8个直径为1mm的预制通孔；
[0033]2、将8个过盈配合的外径为1mm的钛镍合金棒通过油压机压入预制瞳孔内，形成钛合金-记忆合金嵌套体；
[0034]3、对钛合金-钛镍嵌套体上下端部通过真空等离子焊接，形成一个封闭、完整嵌套体；
[0035]4、将嵌套体在1000°C，200MPa条件下进行热等静压，处理3小时后，钛合金与钛镍金属产生良好互扩散，形成良好结合；
[0036]5、将热等静压后嵌套体在850?90(TC温度下进行锻造，道次锻造变形量为20%?25%，得到外径为20mm的棒材；再以800?850°C、10%?15%道次变形量进行旋锻，将棒材加工至外径为10.5mm ；
[0037]6、将该棒材机加工至外径为10mm，充当镶嵌材料，压入步骤I所述尺寸、以钛镍合金为材料的母体材料中，形成新的镶嵌体；重复2-5步的工序，可制备出钛镍-钛合金复合棒材，在横截面上，该材料呈现两层次藕节状形貌:外层为钛镍合金，藕芯处为包含钛合金为外层的、钛镍合金为藕芯的复合材料。
[0038]实施例3
[0039]1、首先在外径为50mm，长为10mm的钛镍合金棒材上制出特定分布的20个直径为5mm的预制通孔；
[0040]2、将20个过盈配合的外径为5mm的鹤合金棒通过油压机压入预制瞳孔内，形成钛镍合金-鹤合金嵌套体；
[0041]3、对钛镍-钨合金嵌套体上下端部通过真空等离子焊接，形成一个完整、封闭嵌套体；
[0042]4、将嵌套体在1100°C，300MPa条件下进行热等静压，处理3小时后，钛镍合金与钨合金产生良好互扩散，形成良好结合；
[0043]5、将热等静压后嵌套体在850?90(TC温度下进行锻造，道次锻造变形量为20%?25%，得到外径为15mm的棒材；再以800?850°C、10%?15%道次变形量进行旋锻，将棒材加工至外径为10.5mm ；
[0044]6、对该棒材进行冷拉拔，加工制度为:10%?15%的道次变形量、20%?30%的火次变形量、退火温度为700°C，退火时间为I小时，最后加工成外径为Imm的钛镍-钨合金复合丝材。
[0045]实施例4
[0046]1、首先在外径为30mm，长为10mm的纯铌棒材上制出均匀分布的9个直径为5mm的预制通孔；
[0047]2、将9个过盈配合的外径为5_的钛镍合金棒通过油压机压入预制瞳孔内，形成银-钛镍合金嵌套体；
[0048]3、对铌-钛镍合金嵌套体上下端部通过真空等离子焊接，形成一个完整、封闭嵌套体；
[0049]4、将嵌套体在1100°C，250MPa条件下进行热等静压，处理2小时后，铌与钛镍合金产生良好互扩散，形成良好结合；
[0050]5、将热等静压后嵌套体在700?850°C进行旋锻，道次锻造变形量为30%?45%，得到外径为6mm的棒材；
[0051]6、将该棒材机加工至外径为5mm，充当镶嵌材料，压入步骤I所述尺寸的以钛镍合金为材料的母体材料中，形成新的镶嵌体，再重复2-5步工序，可制备出铌-钛镍合金复合棒材，在横截面上，该材料呈现两层次藕节状形貌。重复1-6步工序5次，即可建立5层次的藕节状复合钛镍-铌合金复合棒材。
[0052]7、对多层次外径为6mm的复合钛镍-铌合金复合棒材以10%?15%的道次变形量、20%?30%的火次变形量、退火温度为700°C，退火时间为I小时，进行拉拔，最后加工成外径为0.2mm的钛镍-铌合金多层次互嵌式藕状复合丝材。
【权利要求】
1.一种双层互嵌式藕状复合材料的制备加工方法，其特征在于，具体步骤如下: (O按预先设定镶嵌数量、排列方式，在母体材料中内预制供塞入镶嵌材料的孔；再将配套合适尺寸的镶嵌材料通过物理方式塞入被镶嵌的母体材料；两端进行焊接形成母体材料和镶嵌材料的一个封闭、完整嵌套体； (2)将步骤(I)所得嵌套体在700?1100°C温度下、50?300MPa压力下进行热等静压处理；使母体材料与镶嵌材料相互结合在一起，并且产生互扩散，形成扩散焊接面； (3)再对扩散焊接后的嵌套体进行冷加工和热加工使其横截面积减小，形成轴向藕节状截面；最后得到一种双层互嵌式藕状复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备加工方法，其特征在于:所述母体材料为钛镍功能合金或金属结构材料。
3.根据权利要求1所述的制备加工方法，其特征在于:所述镶嵌材料为钛镍功能合金或金属结构材料。
4.一种多层互嵌式藕状复合材料的制备加工方法，其特征在于，具体步骤如下: (O按预先设定镶嵌数量、排列方式，在母体材料中内预制供塞入镶嵌材料的孔；再将配套合适尺寸的镶嵌材料通过物理方式塞入被镶嵌的母体材料；两端进行焊接形成母体材料和镶嵌材料的一个封闭、完整嵌套体； (2)将步骤(I)所得嵌套体在700?1100°C温度下、50?300MPa压力下进行热等静压处理；使母体材料与镶嵌材料相互结合在一起，并且产生互扩散，形成扩散焊接面； (3)再对扩散焊接后的嵌套体进行冷加工和热加工使其横截面积减小，形成轴向藕节状截面；最后得到一种双层互嵌式藕状复合材料。 (4)将得到的双层互嵌式藕状复合材料再次充当镶嵌材料，镶嵌在母体材料中，重复热等静压及冷加工、热加工，形成层状互嵌式藕状复合材料，再根据需要，将新制得的层状互嵌式藕状复合材料反复充当镶嵌材料，镶嵌在母体材料中，重复热等静压及冷加工、热加工，最后得到所需层数的多层互嵌式藕状复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备加工方法，其特征在于:所述母体材料为钛镍功能合金或金属结构材料。
6.一种互嵌式藕状复合材料，其特征在于:所述互嵌式藕状复合材料是通过权利要求1?5任意一条权利要求所述制备加工方法制备加工得到的，其结构为双层或多层由外到内包覆互嵌式藕状结构。
【文档编号】B23P13/00GK104289857SQ201310306545
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】尹向前, 米绪军, 李艳锋, 高宝东, 黄国杰, 王建伟, 解浩峰 申请人:北京有色金属研究总院