一種制備N(xiāo)iTi纖維增強(qiáng)2219Al復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種制備2219A1復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 侶合金的高塑性、高初性、低密度W及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)使其在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域有著 十分廣泛的應(yīng)用，而通過(guò)在侶合金中引入增強(qiáng)材料，制備復(fù)合材料，可W有效地提高侶合金 的模量、硬度、耐磨性和耐熱性能，降低其熱膨脹系數(shù)，從而彌補(bǔ)侶合金材料的不足，是擴(kuò)展 其在航天航空等領(lǐng)域應(yīng)用的一種有效途徑。形狀記憶合金（SMs)是一種變形后能夠恢復(fù) 原始形狀的特殊合金，利用其超彈性或形狀記憶效應(yīng)，將其作為增強(qiáng)材料引入侶合金，可W 提高強(qiáng)度、初性、增大阻尼性能，并具有探測(cè)裂紋和抑制裂紋擴(kuò)展、增大阻尼等方面的功能。
[0003] 然而制備單向排列的連續(xù)儀鐵纖維增強(qiáng)2219侶合金復(fù)合材料（NiTif/2219Al)需 要解決纖維排列、纖維含量控制、材料致密化W及界面反應(yīng)調(diào)控的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為解決現(xiàn)有制備單向排列的連續(xù)儀鐵纖維增強(qiáng)2219侶合金復(fù)合材料的 方法需要解決纖維排列方式、纖維含量控制、材料致密化、界面反應(yīng)和界面結(jié)合程度的調(diào)控 的問(wèn)題，而提供一種制備N(xiāo)iTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料的方法。 陽(yáng)0化]本發(fā)明的一種制備N(xiāo)iTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料的方法按W下步驟進(jìn)行：
[0006] 一、原材料處理：①采用線切割方法將2219侶片切成直徑為Φ的圓片，然后用濃 度為35g/L~45g/L的化0H溶液堿洗2219圓侶片，堿洗時(shí)間為去除2219圓侶片表面的油 污和氧化層為止，取出2219圓侶片用體積分?jǐn)?shù)為5%的HN03溶液酸洗2219圓侶片Imin~ 3min，然后用無(wú)水乙醇超聲清洗2219圓侶片Imin~3min，最后將2219圓侶片取出置于溫 度為40~90°C的烘箱內(nèi)保溫lOmin~20min，取出空冷，得到處理后的2219圓侶片；②用碳 化娃水砂紙打磨NiTi纖維表面，去除表面凸起，然后將打磨后的NiTi纖維剪成長(zhǎng)度為L(zhǎng)的 短絲，用HN03和HF的混合溶液浸泡處理NiTi纖維短絲，浸泡處理時(shí)間為腐蝕掉NiTi纖維 短絲表面氧化膜為止，然后用無(wú)水乙醇超聲清洗NiTi纖維短絲Imin~3min，最后將NiTi 纖維短絲取出置于溫度為40~90°C的烘箱內(nèi)保溫lOmin~20min，取出空冷，得到處理后 的NiTi纖維短絲；所述的HN03和HF的混合溶液中HN0 3的體積分?jǐn)?shù)為16%，HF的體積分 數(shù)為1 % ;
[0007] 二、NiTi纖維短絲的排列：將步驟一得到的處理后的NiTi纖維短絲置于步驟一得 到的處理后的2219圓侶片上，使步驟一得到的處理后的NiTi纖維短絲呈單向排列至布滿 步驟一得到的處理后的2219圓侶片表面，并確保每根NiTi纖維短絲之間的距離相等，該距 離為2. 5mm~3. 5mm，然后用剪刀除去溢出步驟一得到的處理后的2219圓侶片外沿的NiTi 纖維短絲，NiTi纖維短絲的兩端用雙面膠固定在2219圓侶片上，最終形成Ξ層2219圓侶片 夾兩層NiTi纖維短絲結(jié)構(gòu)的預(yù)制件；所述的NiTi纖維短絲長(zhǎng)度L< 2219圓侶片直徑Φ;
[0008] Ξ、真空熱壓燒結(jié)：將步驟二得到的預(yù)制件放入石墨模具中，然后將模具放入真 空熱壓爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，先在載荷為1噸~2噸、抽真空至壓力為0. 05化~0. 1化和溫度為 580~590°C的條件下，保溫保壓lOmin~15min，然后在溫度為580~590°C的條件下將載 荷由1噸~2噸增加至12噸，并在溫度為580~590°C和載荷為12噸的條件下保溫保壓 90min~120min，隨爐冷卻至室溫后取出模具，得到復(fù)合材料片；
[0009] 四、復(fù)合材料熱處理：將步驟Ξ得到的復(fù)合材料片放入電阻加熱爐，在溫度為 575~585°C的條件下保溫化~化，然后取出空冷，得到NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料。
[0010] 本發(fā)明有益效果： W11] 本發(fā)明采用在2219A1薄板之間排布單向均勻間隙的連續(xù)NiTi纖維的方式，利用 真空反應(yīng)熱壓法進(jìn)行致密化，隨后通過(guò)控制熱處理溫度和時(shí)間調(diào)控界面狀態(tài)，解決了制備 過(guò)程中纖維排列方式、纖維含量，材料致密化、界面反應(yīng)和界面結(jié)合程度可調(diào)控的問(wèn)題，成 功制備出界面結(jié)合良好的復(fù)合材料，獲得了一種單向排列的NiTi長(zhǎng)纖維增強(qiáng)侶基復(fù)合材 料，可用于航空、航天、機(jī)械、交通和電子等領(lǐng)域。
[0012] 本發(fā)明得到的NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料具體優(yōu)點(diǎn)如下：
[0013] 本發(fā)明得到的NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料中NiTi纖維和2219A1合金之間大 約有厚度1ym的反應(yīng)層。
[0014] 本發(fā)明得到的NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為305MPa，延伸率為 23%，顯示出優(yōu)良的強(qiáng)塑性。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為試驗(yàn)一得到的NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料的掃描電鏡照片；
[0016] 圖2為試驗(yàn)一得到的NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料的拉伸性能曲線；
[0017] 圖3為試驗(yàn)一得到的NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料室溫拉伸后斷口掃描電鏡照 片；其中1代表區(qū)域1;
[0018] 圖4為圖3中區(qū)域1放大圖；其中2代表區(qū)域2, 3代表區(qū)域3。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0019] 一：本實(shí)施方式的一種制備N(xiāo)iTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料的方法 按W下步驟進(jìn)行：
[0020] 一、原材料處理：①采用線切割方法將2219侶片切成直徑為Φ的圓片，然后用濃 度為35g/L~45g/L的化0H溶液堿洗2219圓侶片，堿洗時(shí)間為去除2219圓侶片表面的油 污和氧化層為止，取出2219圓侶片用體積分?jǐn)?shù)為5%的HN03溶液酸洗2219圓侶片Imin~ 3min，然后用無(wú)水乙醇超聲清洗2219圓侶片Imin~3min，最后將2219圓侶片取出置于溫 度為40~90°C的烘箱內(nèi)保溫lOmin~20min，取出空冷，得到處理后的2219圓侶片；②用碳 化娃水砂紙打磨NiTi纖維表面，去除表面凸起，然后將打磨后的NiTi纖維剪成長(zhǎng)度為L(zhǎng)的 短絲，用HN03和HF的混合溶液浸泡處理NiTi纖維短絲，浸泡處理時(shí)間為腐蝕掉NiTi纖維 短絲表面氧化膜為止，然后用無(wú)水乙醇超聲清洗NiTi纖維短絲Imin~3min，最后將NiTi 纖維短絲取出置于溫度為40~90°C的烘箱內(nèi)保溫lOmin~20min，取出空冷，得到處理后 的NiTi纖維短絲；所述的HN03和HF的混合溶液中HN0 3的體積分?jǐn)?shù)為16%，HF的體積分 數(shù)為1% ;
[0021] 二、NiTi纖維短絲的排列：將步驟一得到的處理后的NiTi纖維短絲置于步驟一得 到的處理后的2219圓侶片上，使步驟一得到的處理后的NiTi纖維短絲呈單向排列至布滿 步驟一得到的處理后的2219圓侶片表面，并確保每根NiTi纖維短絲之間的距離相等，該距 離為2. 5mm~3. 5mm，然后用剪刀除去溢出步驟一得到的處理后的2219圓侶片外沿的NiTi 纖維短絲，NiTi纖維短絲的兩端用雙面膠固定在2219圓侶片上，最終形成Ξ層2219圓侶片 夾兩層NiTi纖維短絲結(jié)構(gòu)的預(yù)制件；所述的NiTi纖維短絲長(zhǎng)度L< 2219圓侶片直徑Φ;
[0022] Ξ、真空熱壓燒結(jié)：將步驟二得到的預(yù)制件放入石墨模具中，然后將模具放入真 空熱壓爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，先在載荷為1噸~2噸、抽真空至壓力為0. 05化~0. 1化和溫度為 580~590°C的條件下，保溫保壓lOmin~15min，然后在溫度為580~590°C的條件下將載 荷由1噸~2噸增加至12噸，并在溫度為580~590°C和載荷為12噸的條件下保溫保壓 90min~120min，隨爐冷卻至室溫后取出模具，得到復(fù)合材料片；
[0023] 四、復(fù)合材料熱處理：將步驟Ξ得到的復(fù)合材料片放入電阻加熱爐，在溫度為 575~585°C的條件下保溫化~化，然后取出空冷，得到NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料。
[0024] 本實(shí)施方式采用在2219A1薄板之間排布單向均勻間隙的連續(xù)NiTi纖維的方式， 利用真空反應(yīng)熱壓法進(jìn)行致密化，隨后通過(guò)控制熱處理溫度和時(shí)間調(diào)控界面狀態(tài)，解決了 制備過(guò)程中纖維排列方式、纖維含量，材料致密化、界面反應(yīng)和界面結(jié)合程度可調(diào)控的問(wèn) 題，成功制備出界面結(jié)合良好的復(fù)合材料，獲得了一種單向排列的NiTi長(zhǎng)纖維增強(qiáng)侶基復(fù) 合材料，可用于航空、航天、機(jī)械、交通和電子等領(lǐng)域。
[00巧]本實(shí)施方式得到的NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料具體優(yōu)點(diǎn)如下： 陽(yáng)0%] 本實(shí)施方式得到的NiTi纖維增強(qiáng)2219A1復(fù)合材料中NiTi纖維和2219A1合金之 間大約有厚度1μηι的反應(yīng)層。
[0027] 本實(shí)施方式得到的NiTi纖維增強(qiáng)2219Α1復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度為305MPa，延伸率 為23%，顯示出優(yōu)良的強(qiáng)塑性。
【具體實(shí)施方式】 [0028] 二：本實(shí)施方式與一不同的是：步驟一中采用線切割 方法將2219侶片切成Φ59. 5mmX1mm的圓片。其它步驟與參數(shù)與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0029] Ξ:本實(shí)施方式與一或二不同的是：步驟一中所述的 化0H溶液的濃度為40g/L。其它步驟與參數(shù)與一或二相同。
【具體實(shí)施方式】 [0030] 四：本實(shí)施方式與一至Ξ之一不同的是：步驟一中所 述的堿洗時(shí)間為2min~5min。其它步驟與參數(shù)與一至Ξ之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0031] 五：本實(shí)施方式與一至四之一不同的是：步驟一中所 述的碳化娃水砂紙為1000#的碳化娃水砂紙。其它步驟與參數(shù)與一至四之一 相同。
[0032]
【具體實(shí)施方式】六：本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是：步驟一中將 打磨后的NiTi纖維剪成長(zhǎng)度L為40mm~45mm的短絲。其它步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】 一至五之一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0033] 屯：本實(shí)施方式與一至六之一不同的是：步驟一中所 述的浸泡處理時(shí)間為lOmin~20min。其它步驟與參數(shù)與一至六之一相同。
[0034]
【具體實(shí)施方式】八：本實(shí)施方式與【具體實(shí)施