權(quán)利要求書： 1.一種周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材，其特征在于，包括依次層疊排列的TiAl基合金層和錯(cuò)位通孔鈦合金層；所述錯(cuò)位通孔鈦合金層中設(shè)置有貫通結(jié)構(gòu)，所述貫通結(jié)構(gòu)的兩個(gè)開口分別位于鈦合金層的上下表面，所述貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置處于相鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，所述貫通結(jié)構(gòu)中填充有TiAl基合金，所述鈦合金層相鄰兩側(cè)的TiAl基合金層通過貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金連接，所述TiAl基合金層和鈦合金層之間、貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金和鈦合金之間通過Ti3Al界面層連接；

所述TiAl基合金的成分均勻；

所述周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的具體制備方法如下：(1)將Φ50mm、厚度為0.3mm的TC4鈦合金Ti?6Al?4薄板孔分布設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用鉆孔機(jī)進(jìn)行打孔，形成長為1～5mm、寬為0.2～1mm的圓孔貫通結(jié)構(gòu)，貫通結(jié)構(gòu)之間間隔為3.5～

7.5mm，然后用10wt％HF溶液酸洗去除表面氧化膜，再用蒸餾水清洗，隨后用丙酮沖洗，在真空度0.05Pa，溫度30℃下進(jìn)行真空干燥處理30min；

(2)按照52Ti?48Alat％稱量粉體，用球磨機(jī)濕法球磨，球料比4:1，轉(zhuǎn)速350r/min，球磨

40min，球磨助劑為帶正電荷的十六烷基三甲基溴化銨活性劑和酒精溶液，混合前用超聲波攪拌，頻率為40kHz，混合完畢后真空干燥，真空度為0.1Pa，干燥的溫度為30℃，干燥的時(shí)間為50min，然后過200目篩備用；

(3)將處理好的鈦合金薄板與52Ti?48Alat％混合粉逐層堆疊在石墨模具內(nèi)，堆疊過程保證形成錯(cuò)位層疊方式，即每層貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置正好處于相鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，設(shè)計(jì)了9層鈦合金箔，采用放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行樣品制備，燒結(jié)工藝為：以50℃/min的升溫速率從室溫升至900℃，隨后125℃/min的升溫速率升溫至1150℃，最后在1150℃保溫10min，成形壓力為2.5t，隨爐自然冷卻即得周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材，樣品總厚度控制在6mm。

2.權(quán)利要求1所述周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的制備方法，其特征在于，為以下步驟：

(1)將Φ50mm、厚度為0.3mm的TC4鈦合金Ti?6Al?4薄板孔分布設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用鉆孔機(jī)進(jìn)行打孔，形成長為1～5mm、寬為0.2～1mm的圓孔貫通結(jié)構(gòu)，貫通結(jié)構(gòu)之間間隔為3.5～

7.5mm，然后用10wt％HF溶液酸洗去除表面氧化膜，再用蒸餾水清洗，隨后用丙酮沖洗，在真空度0.05Pa，溫度30℃下進(jìn)行真空干燥處理30min；

(2)按照52Ti?48Alat％稱量粉體，用球磨機(jī)濕法球磨，球料比4:1，轉(zhuǎn)速350r/min，球磨

40min，球磨助劑為帶正電荷的十六烷基三甲基溴化銨活性劑和酒精溶液，混合前用超聲波攪拌，頻率為40kHz，混合完畢后真空干燥，真空度為0.1Pa，干燥的溫度為30℃，干燥的時(shí)間為50min，然后過200目篩備用；

(3)將處理好的鈦合金薄板與52Ti?48Alat％混合粉逐層堆疊在石墨模具內(nèi)，堆疊過程保證形成錯(cuò)位層疊方式，即每層貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置正好處于相鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，設(shè)計(jì)了9層鈦合金箔，采用放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行樣品制備，燒結(jié)工藝為：以50℃/min的升溫速率從室溫升至900℃，隨后125℃/min的升溫速率升溫至1150℃，最后在1150℃保溫10min，成形壓力為2.5t，隨爐自然冷卻即得周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材，樣品總厚度控制在6mm。

說明書： 一種周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材及其制備方法

技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及先進(jìn)金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材及其制備方法。

背景技術(shù)[0002] 鈦鋁金屬間化合物兼具金屬和陶瓷的優(yōu)良性能，可取代密度大的鎳基、鈷基等高溫合金，制作某些航空航天結(jié)構(gòu)件以及地面動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)推力重

量比值和燃油效率的大幅度提高，在航空航天、汽車等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。到目前為

止，TiAl合金已步入實(shí)用化階段。例如，2006年6月，GE公司采用4822合金(Ti?48Al?2Cr?

2Nb)制造GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)第6、7兩級(jí)低壓渦輪葉片，成為γ?TiAl合金制造的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的首次

應(yīng)用。國內(nèi)北京科技大學(xué)發(fā)展了高溫高Nb?TiAl合金，被TiAl合金研究領(lǐng)域國際權(quán)威Young?

WonKim教授肯定為發(fā)展高溫高性能TiAl合金的“首例”，居國際領(lǐng)先水平。中國科學(xué)院金屬

研究所采用精密鑄造法制造了γ?TiAl合金低壓渦輪葉片，已用在英國羅羅公司TrentXWB

發(fā)動(dòng)機(jī)，完成了覆蓋一個(gè)大修周期的1750次模擬飛行循環(huán)考核試驗(yàn)。但是TiAl基合金研究

應(yīng)用受限于室溫本征脆性，導(dǎo)致其難以加工變形，大大限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。

[0003] 但是，現(xiàn)有技術(shù)中存在TiAl基合金強(qiáng)度?塑性相互“倒置”的問題，已成為國內(nèi)外金屬材料學(xué)科領(lǐng)域重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材及其制備方法。本發(fā)明提供的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材兼具良好的強(qiáng)

度和韌性。

[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：[0006] 本發(fā)明提供了一種周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材，包括依次層疊排列的TiAl基合金層和錯(cuò)位通孔鈦合金層；所述錯(cuò)位通孔鈦合金層中設(shè)置有貫通結(jié)構(gòu)，

所述貫通結(jié)構(gòu)的兩個(gè)開口分別位于鈦合金層的上下表面，所述貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置處

于相鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，所述貫通結(jié)構(gòu)中填充有TiAl基

合金，所述鈦合金層相鄰兩側(cè)的TiAl基合金層通過貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金連接，所述

TiAl基合金層和鈦合金層之間、貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金和鈦合金之間通過Ti3Al界面層

連接。

[0007] 優(yōu)選地，所述TiAl基合金層的厚度獨(dú)立地為0.1～1.5mm。[0008] 優(yōu)選地，所述TiAl基合金層中Ti與Al的原子比為(55～35):(45～65)。[0009] 優(yōu)選地，所述鈦合金層的厚度獨(dú)立地為0.05～0.3mm。[0010] 優(yōu)選地，所述鈦合金層的材質(zhì)為TA鈦合金、TB鈦合金或TC鈦合金。[0011] 優(yōu)選地，所述貫通結(jié)構(gòu)的開口形狀為圓形或長方形，[0012] 當(dāng)所述貫通結(jié)構(gòu)的開口形狀為圓形時(shí)，開口的直徑為0.5～3mm，兩圓形的圓心間距為2～12mm；

[0013] 當(dāng)所述貫通結(jié)構(gòu)的開口形狀為長方形時(shí)，開口的長為1～5mm，寬為0.2～1mm，兩長方形的中心點(diǎn)的距離為3.5～7.5mm。

[0014] 優(yōu)選地，所述Ti3Al界面層的厚度獨(dú)立地為5～150μm。[0015] 本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的制備方法，包括以下步驟：

[0016] 將鈦粉、鋁粉和活性劑混合，得到混合粉體；[0017] 將所述混合粉體與帶有錯(cuò)位貫通結(jié)構(gòu)的鈦合金薄板交替逐層堆疊，并且使混合粉體填充貫通結(jié)構(gòu)，得到生坯；

[0018] 將所述生坯燒結(jié)，得到周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材。[0019] 優(yōu)選地，所述鈦粉和鋁粉的粒度為200目以下。[0020] 優(yōu)選地，所述燒結(jié)的溫度為1000～1200℃，壓力為1.5～3.5t，時(shí)間為5～15min。[0021] 本發(fā)明提供了一種周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材，包括依次層疊排列的TiAl基合金層和錯(cuò)位通孔鈦合金層；所述錯(cuò)位通孔鈦合金層中設(shè)置有貫通結(jié)構(gòu)，

所述貫通結(jié)構(gòu)的兩個(gè)開口分別位于鈦合金層的上下表面，所述貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置處

于相鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，所述貫通結(jié)構(gòu)中填充有TiAl基

合金，所述鈦合金層相鄰兩側(cè)的TiAl基合金層通過貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金連接，所述

TiAl基合金層和鈦合金層之間、貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金和鈦合金之間通過Ti3Al界面層

連接。本發(fā)明提供的是一種疊層結(jié)構(gòu)TiAl基合金板材，在利用材料組元本征性能的基礎(chǔ)上，

能充分發(fā)揮材料中不同組元間的協(xié)同、耦合及多功能響應(yīng)機(jī)制，能在一定程度上提高材料

的綜合性能，使得材料提高強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，其韌塑性也大幅提高，而且特殊的疊層結(jié)構(gòu)

能夠?qū)崿F(xiàn)能量耗散，降低裂紋尖端應(yīng)力集中，使得多界面結(jié)構(gòu)具備更佳的增韌效果。本發(fā)明

通過在TiAl基合金層間設(shè)置韌性的鈦合金層，二者交互層疊分布形成仿生疊層結(jié)構(gòu)，并且

由于鈦合金層中錯(cuò)位貫通結(jié)構(gòu)的存在，實(shí)現(xiàn)了層與層之間的錯(cuò)位連接，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高韌的

效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材垂直

1/2

疊層方向的彎曲強(qiáng)度為566.33～1087.65MPa，斷裂韌性為15.25～28.25MPa·m ；平行疊

1/2

層方向的彎曲強(qiáng)度為794.48～1431.19MPa，斷裂韌性為19.02～37.28MPa·m ，優(yōu)于現(xiàn)有

技術(shù)中鈦合金板材強(qiáng)度和韌性，如ChaoWu等公開的抗彎強(qiáng)度431.81MPa，斷裂韌性

1/2

9.22MPa·m (參見《Micro?structure,mechanicalpropertiesandcomparisonof

monolithicandlaminatedTi?B4CcompositewithAldoped.JournalofAlloysand

Compounds》,2018,733:1?7)以及ChunfaLin等公開的垂直疊層抗彎強(qiáng)度410MPa，平行疊層

1/2

斷裂韌性28.2MPa·m (參見《Microstructureevolutionandfracturebehaviorof

innovativeTi?(SiCf/Al3Ti)laminatedcomposites.JournalofAlloysand

Compounds》,2018,743:52?62)。

附圖說明[0022] 圖1為實(shí)施例1中TC4鈦合金箔加工模型(左邊A型和右邊B型2種圓形通孔)及尺寸示意圖；

[0023] 圖2為實(shí)施例1中周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的疊層結(jié)構(gòu)堆疊方式示意圖；

[0024] 圖3為實(shí)施例1制備的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的XRD圖譜；

[0025] 圖4為實(shí)施例1制備的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的SEM圖片；

[0026] 圖5為實(shí)施例3中TC4鈦合金箔加工模型(左邊A型和右邊B型2種長方形通孔)及尺寸示意圖。

具體實(shí)施方式[0027] 本發(fā)明提供了一種周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材，包括依次層疊排列的TiAl基合金層和錯(cuò)位通孔鈦合金層；所述錯(cuò)位通孔鈦合金層中設(shè)置有貫通結(jié)構(gòu)，

所述貫通結(jié)構(gòu)的兩個(gè)開口分別位于鈦合金層的上下表面，所述貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置處

于相鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，所述貫通結(jié)構(gòu)中填充有TiAl基

合金，所述鈦合金層相鄰兩側(cè)的TiAl基合金層通過貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金連接，所述

TiAl基合金層和鈦合金層之間、貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金和鈦合金之間通過Ti3Al界面層

連接。

[0028] 在本發(fā)明中，所述TiAl基合金層的厚度獨(dú)立地優(yōu)選為0.1～1.5mm，更優(yōu)選為0.2～1mm，最優(yōu)選為0.3～0.6mm。

[0029] 在本發(fā)明中，所述TiAl基合金層中Ti與Al的原子比優(yōu)選為(55～35):(45～65)。[0030] 在本發(fā)明中，所述鈦合金層的厚度獨(dú)立地優(yōu)選為0.05～0.3mm，更優(yōu)選為0.15～0.25mm。

[0031] 在本發(fā)明中，所述鈦合金層的材質(zhì)優(yōu)選為TA鈦合金、TB鈦合金或TC鈦合金。在本發(fā)明中，所述TA鈦合金優(yōu)選為TA5鈦合金或TA10鈦合金；所述TB鈦合金優(yōu)選為TB4鈦合金或

TB11鈦合金；所述TC鈦合金優(yōu)選為TC4鈦合金或TC20鈦合金。在本發(fā)明中，所述鈦合金層為

韌性層，與TiAl基合金層交互重疊分布，形成層狀結(jié)構(gòu)，提高合金韌性。

[0032] 本發(fā)明對(duì)所述鈦合金層的層數(shù)沒有特殊的限定，根據(jù)產(chǎn)品的尺寸需要進(jìn)行調(diào)整即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述鈦合金層的層數(shù)優(yōu)選為3～9層，更優(yōu)選為5～7層。在本發(fā)明

中，所述錯(cuò)位通孔鈦合金層中通孔鈦合金層的層數(shù)優(yōu)選至少為2層。

[0033] 在本發(fā)明中，所述鈦合金層中設(shè)置有錯(cuò)位貫通結(jié)構(gòu)，所述貫通結(jié)構(gòu)中填充有TiAl基合金，所述鈦合金層相鄰兩側(cè)的TiAl基合金層通過貫通結(jié)構(gòu)中的TiAl基合金連接。本發(fā)

明對(duì)所述貫通結(jié)構(gòu)的尺寸和分布方式?jīng)]有特殊的限定，能夠保證鈦合金層相鄰兩側(cè)的TiAl

基合金層呈錯(cuò)位連接即可。在本發(fā)明中，所述貫通結(jié)構(gòu)優(yōu)選為上下貫通的通孔。

[0034] 在本發(fā)明中，所述貫通結(jié)構(gòu)的開口形狀優(yōu)選為圓形或長方形，[0035] 當(dāng)所述貫通結(jié)構(gòu)的開口形狀為圓形時(shí)，開口的直徑優(yōu)選為0.5～3mm，更優(yōu)選為1～2mm，兩圓形的圓心間距優(yōu)選為2～12mm，更優(yōu)選為2～6mm；

[0036] 當(dāng)所述貫通結(jié)構(gòu)的開口形狀為長方形時(shí)，開口的長優(yōu)選為1～5mm，更優(yōu)選為2～4mm，寬優(yōu)選為0.2～1mm，更優(yōu)選為0.3～0.6mm，兩長方形的中心點(diǎn)的距離優(yōu)選為3.5～

7.5mm，更優(yōu)選為4～6mm。

[0037] 在本發(fā)明中，所述錯(cuò)位開口優(yōu)選呈平行點(diǎn)陣排列。在本發(fā)明中，所述貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置處于相鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，能夠進(jìn)一步保證

層與層之間形成錯(cuò)位連接力。

[0038] 在本發(fā)明中，所述貫通結(jié)構(gòu)中填充TiAl基合金包括TiAl和Ti3Al，能夠?qū)崿F(xiàn)TiAl基合金層與層之間的錯(cuò)位互相連接，提高平行層疊方向的性能，使合金在保持高強(qiáng)度的同時(shí)，

兼具良好韌性。

[0039] 在本發(fā)明中，所述Ti3Al界面層的厚度獨(dú)立地優(yōu)選為5～150μm，更優(yōu)選為10～50μm，最優(yōu)選為25μm。在本發(fā)明中，所述Ti3Al界面層使TiAl基合金和鈦合金之間結(jié)合良好，充

分發(fā)揮鈦合金層的韌性，達(dá)到韌性與強(qiáng)度的更好配合。

[0040] 本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的制備方法，包括以下步驟：

[0041] 將鈦粉、鋁粉和活性劑混合，得到混合粉體；[0042] 將所述混合粉體與帶有錯(cuò)位貫通結(jié)構(gòu)的鈦合金薄板交替逐層堆疊，并且使混合粉體填充貫通結(jié)構(gòu)，得到生坯；

[0043] 將所述生坯燒結(jié)，得到周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材。[0044] 本發(fā)明將鈦粉、鋁粉和活性劑混合，得到混合粉體。在本發(fā)明中，所述活性劑優(yōu)選為帶正電荷的十六烷基三甲基溴化銨。本發(fā)明對(duì)所述活性劑的用量沒有特殊的限定。

[0045] 在本發(fā)明中，所述鈦粉、鋁粉的質(zhì)量比優(yōu)選為(48.86～68.44):(31.56～51.14)。在本發(fā)明中，所述鈦粉、鋁粉優(yōu)選為球形顆粒，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的市售產(chǎn)品即可。

在本發(fā)明中，所述鈦粉、鋁粉的粒度優(yōu)選獨(dú)立地為200目以下，更優(yōu)選為100～150目，最優(yōu)選

為120目。

[0046] 本發(fā)明對(duì)所述混合的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備混合粉體的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述混合優(yōu)選為球磨，更優(yōu)選為濕法球磨。在本發(fā)明中，

所述球磨的球料比優(yōu)選為3～5:1，更優(yōu)選為4:1；所述球磨的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300～500r/min，更

優(yōu)選為350～450r/min；所述球磨的時(shí)間優(yōu)選為30～60min，更優(yōu)選為40～50min；所述球磨

的助劑優(yōu)選為酒精溶液；所述球磨的輔助手段優(yōu)選為超聲波攪拌，頻率優(yōu)選為20～50kHz。

在本發(fā)明中，所述球磨使鈦粉與鋁粉混合均勻，最終得到成分均勻的TiAl基合金，進(jìn)一步提

高合金的強(qiáng)度和韌性。

[0047] 得到混合粉體后，本發(fā)明將所述混合粉體與帶有錯(cuò)位貫通結(jié)構(gòu)的鈦合金薄板交替逐層堆疊，并且使混合粉體填充貫通結(jié)構(gòu)，得到生坯。

[0048] 本發(fā)明對(duì)所述帶有錯(cuò)位貫通結(jié)構(gòu)的鈦合金薄板的來源沒有特殊的限定，采用市售產(chǎn)品或按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備方法制備得到即可。在本發(fā)明中，所述帶有錯(cuò)位貫

通結(jié)構(gòu)的鈦合金薄板優(yōu)選為鈦合金薄板經(jīng)鉆孔機(jī)打孔得到。本發(fā)明對(duì)所述鉆孔機(jī)打孔操作

沒有特殊的限定，能夠加工得到所需貫通結(jié)構(gòu)即可。

[0049] 鉆孔機(jī)打孔完成后，本發(fā)明優(yōu)選將所述打孔的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌和干燥，得到帶有錯(cuò)位貫通結(jié)構(gòu)的鈦合金薄板。在本發(fā)明中，所述洗滌優(yōu)選依次包括酸洗、水洗和丙酮洗。在本

發(fā)明中，所述酸洗、水洗和丙酮洗的次數(shù)優(yōu)選獨(dú)立的為1～2次。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述

酸洗的洗液優(yōu)選為10wt％的HF溶液。在本發(fā)明中，所述洗滌能夠去除加工表面的氧化膜，得

到良好的界面。

[0050] 本發(fā)明對(duì)所述干燥的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的金屬干燥的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述干燥優(yōu)選為真空干燥；所述真空干燥的真空度優(yōu)選為

0.1Pa以下；所述真空干燥的溫度優(yōu)選為25～40℃，更優(yōu)選為30～35℃；所述真空干燥的時(shí)

間優(yōu)選為30～60min，更優(yōu)選為40～50min。

[0051] 本發(fā)明對(duì)所述鈦合金薄板的形狀和尺寸沒有特殊的限定，根據(jù)產(chǎn)品需要進(jìn)行調(diào)整即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述鈦合金薄板優(yōu)選為圓形；所述鈦合金薄板的直徑優(yōu)選為30

～50cm。

[0052] 本發(fā)明對(duì)所述混合粉體與帶有錯(cuò)位貫通結(jié)構(gòu)的鈦合金薄板堆疊的操作沒有特殊的限定，能夠保證相鄰鈦合金薄板形成錯(cuò)位層疊方式，每層貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置正好

處于相鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置即可。在本發(fā)明中，所述堆疊

優(yōu)選在模具中進(jìn)行；所述模具的材質(zhì)優(yōu)選為石墨。

[0053] 得到生坯后，本發(fā)明將所述生坯燒結(jié)，得到周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材。

[0054] 在本發(fā)明中，所述燒結(jié)的溫度優(yōu)選為1000～1200℃，更優(yōu)選為1050～1150℃，最優(yōu)選為1150℃；所述燒結(jié)的壓力優(yōu)選為1.5～3.5t，更優(yōu)選為2.5t；所述燒結(jié)的時(shí)間優(yōu)選為5～

15min，更優(yōu)選為5～10min。在本發(fā)明中，所述燒結(jié)中TiAl基合金與鈦合金的接觸面上發(fā)生

擴(kuò)散反應(yīng)，形成Ti3Al界面層。

[0055] 在本發(fā)明中，所述燒結(jié)優(yōu)選為熱壓燒結(jié)或放電等離子燒結(jié)，更優(yōu)選為放電等離子燒結(jié)。在本發(fā)明中，所述放電等離子燒結(jié)優(yōu)選通過脈沖電流作用在粉體表面形成趨膚電流，

在顆粒間放電可產(chǎn)生等離子促進(jìn)粉體與鈦合金之間的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)致密化，既

保留了鈦合金韌化層，還能抑制脆性相的大量形成和界面反應(yīng)層的厚度，大大優(yōu)化疊層結(jié)

構(gòu)，并且提高界面的結(jié)合效果。

[0056] 在本發(fā)明中，升溫至所述燒結(jié)的溫度的過程優(yōu)選依次包括第一加熱和第二加熱。在本發(fā)明中，所述第一加熱的加熱速率優(yōu)選為45～55℃/min，更優(yōu)選為50℃/min；所述第一

加熱的終點(diǎn)溫度優(yōu)選為850～950℃，更優(yōu)選為900℃。在本發(fā)明中，所述第二加熱的加熱速

率優(yōu)選為100～200℃/min，更優(yōu)選為125℃/min；所述第二加熱的終點(diǎn)溫度優(yōu)選為燒結(jié)的溫

度。在本發(fā)明中，所述第一加熱和第二加熱能夠?qū)崿F(xiàn)粉末層和鈦合金層間的快速結(jié)合，抑制

晶粒長大和界面層厚度。

[0057] 本發(fā)明對(duì)所述加壓的速率沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的逐漸加壓的方式即可。在本發(fā)明中，優(yōu)選在加熱至燒結(jié)的溫度時(shí)使壓力達(dá)到燒結(jié)的壓力。

[0058] 燒結(jié)完成后，本發(fā)明優(yōu)選將所得燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，得到周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材。本發(fā)明對(duì)所述冷卻的方式?jīng)]有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人

員熟知的隨爐冷卻的方案即可。

[0059] 為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)地描述，但不能將它們理解為對(duì)本發(fā)明保

護(hù)范圍的限定。

[0060] 實(shí)施例1[0061] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中TC4鈦合金箔加工模型(左邊A型和右邊B型2種圓形通孔)及尺寸，其中A型和右邊B型兩種通孔是為了體現(xiàn)錯(cuò)位通孔；

[0062] 圖2為實(shí)施例1中周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的疊層結(jié)構(gòu)堆疊方式示意圖。

[0063] (1)如圖1所示，將Φ50mm、厚度為0.3mm的TC4鈦合金(Ti?6Al?4)薄板按照?qǐng)D1孔分布設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用鉆孔機(jī)進(jìn)行打孔，形成直徑為0.5～3mm的圓孔貫通結(jié)構(gòu)，貫通結(jié)構(gòu)之間

間隔為2～12mm，然后用10wt％HF溶液酸洗去除表面氧化膜，再用蒸餾水清洗，隨后用丙酮

沖洗，在真空度0.05Pa，溫度30℃下進(jìn)行真空干燥處理30min；

[0064] (2)按照52Ti?48Al(at％)稱量粉體，用球磨機(jī)濕法球磨，球料比4:1，轉(zhuǎn)速350r/min，球磨40min，球磨助劑為帶正電荷的十六烷基三甲基溴化銨活性劑和酒精溶液，混合前

用超聲波攪拌，頻率為40kHz，混合完畢后真空干燥，真空度為0.1Pa，干燥的溫度為30℃，干

燥的時(shí)間為50min，然后過200目篩備用；

[0065] (3)如圖2所示，將處理好的鈦合金薄板與52Ti?48Al(at％)混合粉逐層堆疊在石墨模具內(nèi)，堆疊過程保證形成錯(cuò)位層疊方式，即每層貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置正好處于相

鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，設(shè)計(jì)了7層鈦合金箔，采用放電等離

子燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行樣品制備，燒結(jié)工藝為：以50℃/min的升溫速率從室溫升至900℃，隨后125

℃/min的升溫速率升溫至1150℃，最后在1150℃保溫10min，成形壓力為2.5t。隨爐自然冷

卻即得周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材，樣品總厚度控制在6mm。

[0066] 本實(shí)施例制備的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材(長50mm)進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，可知，力學(xué)性能檢測(cè)后，樣品未發(fā)生斷裂，表明鈦合金箔發(fā)揮了較好的增強(qiáng)

增韌作用；僅有垂直疊層受力后的樣品出現(xiàn)了裂紋，為斷裂韌性試樣，說明裂紋沿著層結(jié)合

面處開裂。

[0067] 本實(shí)施例制備的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的XRD圖譜和SEM圖片如圖3和圖4所示。由圖3可見，合金主要由Ti3Al、TiAl相組成。由圖4可清晰觀察到

貫通孔特征。

[0068] 本實(shí)施例制備的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的力學(xué)性能如表1所示。采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)量周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材垂直疊層

結(jié)構(gòu)方向的彎曲強(qiáng)度為945.78MPa，平行疊層結(jié)構(gòu)方向的彎曲強(qiáng)度為1244.51MPa；采用三點(diǎn)

1/2

彎曲單邊切口梁法(SENB)測(cè)量其垂直疊層結(jié)構(gòu)方向的斷裂韌性為25.68MPa·m ，平行疊

1/2

層結(jié)構(gòu)方向的斷裂韌性為33.89MPa·m 。

[0069] 實(shí)施例2[0070] 與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于設(shè)計(jì)了5層鈦合金箔。[0071] 本實(shí)施例制備的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的力學(xué)性能如表1所示。采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)量周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材垂直疊層

結(jié)構(gòu)方向的彎曲強(qiáng)度為566.33MPa，平行疊層結(jié)構(gòu)方向的彎曲強(qiáng)度為794.48MPa；采用三點(diǎn)

1/2

彎曲單邊切口梁法(SENB)測(cè)量其垂直疊層結(jié)構(gòu)方向的斷裂韌性為15.25MPa·m ，平行疊

1/2

層結(jié)構(gòu)方向的斷裂韌性為19.02MPa·m 。

[0072] 實(shí)施例3[0073] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例3中TC4鈦合金箔加工模型(左邊A型和右邊B型2種長方形通孔)及尺寸，其中A型和右邊B型兩種通孔是為了體現(xiàn)錯(cuò)位通孔。

[0074] (1)如圖5所示，將Φ50mm、厚度為0.3mm的TC4鈦合金(Ti?6Al?4)薄板按照?qǐng)D5孔分布設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采用鉆孔機(jī)進(jìn)行打孔，形成長為1～5mm、寬為0.2～1mm的圓孔貫通結(jié)構(gòu)，貫

通結(jié)構(gòu)之間間隔為3.5～7.5mm，然后用10wt％HF溶液酸洗去除表面氧化膜，再用蒸餾水清

洗，隨后用丙酮沖洗，在真空度0.05Pa，溫度30℃下進(jìn)行真空干燥處理30min；

[0075] (2)按照52Ti?48Al(at％)稱量粉體，用球磨機(jī)濕法球磨，球料比4:1，轉(zhuǎn)速350r/min，球磨40min，球磨助劑為帶正電荷的十六烷基三甲基溴化銨活性劑和酒精溶液，混合前

用超聲波攪拌，頻率為40kHz，混合完畢后真空干燥，真空度為0.1Pa，干燥的溫度為30℃，干

燥的時(shí)間為50min，然后過200目篩備用；

[0076] (3)如圖2所示，將處理好的鈦合金薄板與52Ti?48Al(at％)混合粉逐層堆疊在石墨模具內(nèi)，堆疊過程保證形成錯(cuò)位層疊方式，即每層貫通結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位開口位置正好處于相

鄰鈦合金層中每四個(gè)通孔所構(gòu)成的四邊形的中心位置，設(shè)計(jì)了9層鈦合金箔，采用放電等離

子燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行樣品制備，燒結(jié)工藝為：以50℃/min的升溫速率從室溫升至900℃，隨后125

℃/min的升溫速率升溫至1150℃，最后在1150℃保溫10min，成形壓力為2.5t。隨爐自然冷

卻即得周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材，樣品總厚度控制在6mm。

[0077] 本實(shí)施例制備的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的力學(xué)性能如表1所示。采用三點(diǎn)彎曲法測(cè)量周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材垂直疊層

結(jié)構(gòu)方向的彎曲強(qiáng)度為1087.65MPa，平行疊層結(jié)構(gòu)方向的彎曲強(qiáng)度為1431.19MPa；采用三

1/2

點(diǎn)彎曲單邊切口梁法(SENB)測(cè)量其垂直疊層結(jié)構(gòu)方向的斷裂韌性為28.25MPa·m ，平行

1/2

疊層結(jié)構(gòu)方向的斷裂韌性為37.28MPa·m 。

[0078] 表1實(shí)施例1～3中周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材的力學(xué)性能[0079][0080] 以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明提供的周期性錯(cuò)位通孔鈦合金層強(qiáng)韌化TiAl基合金板材同時(shí)具有良好的強(qiáng)度和韌性，垂直疊層方向的彎曲強(qiáng)度為566.33～1087.65MPa，斷裂

1/2

韌性為15.25～28.25MPa·m ；平行疊層方向的彎曲強(qiáng)度為794.48～1431.19MPa，斷裂韌

1/2

性為19.02～37.28MPa·m 。

[0081] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若

干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。