专利摘要

一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法，涉及一种金属蜂窝结构的制备方法。本发明是为了解决目前制备的蜂窝结构存在大量的缩松等缺陷、工序长、能耗高，成本高，且蜂窝壁存在大量焊缝，工艺稳定性差，而且目前TiAl基合金高温变形抗力大，薄板制备技术难以突破的技术问题。本发明：一、锻造；二、挤压；三、水切割；四、拉制；五、钎焊。在本发明的方法降低了成本，蜂窝单元通过高温拉伸获得，避免了精铸法的大量铸造缺陷和弯折/焊接工艺的大量焊缝，提高了其力学性能和结构稳定性；此外，本发明的蜂窝芯为整体成形，提高了结构的平整性。本发明应用于制备TiAl基合金蜂窝结构。

权利要求

1.一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法，其特征在于TiAl基合金蜂窝结构的制备方法是按以下步骤进行：

一、锻造：将TiAl基合金坯料电火花切割成圆柱体棒材，放置在真空多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa和升温速度为5℃/min～15℃/min的条件下从室温升温至1150℃～1300℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1150℃～1300℃的条件下保温10min～60min，然后在真空度为10^-3Pa、温度为1150℃～1300℃和应变速率为10^-1S^-1～10^-4S^-1的条件下进行开坯锻造至总变形量为30％～80％，然后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至950℃～1100℃，在真空度为10^-3Pa和温度为950℃～1100℃的条件下保温2h～6h，在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，得到锻造完的TiAl基合金；所述的圆柱体棒材的高和直径比为1:(0.67～1)；

二、挤压：将步骤一得到的锻造完的TiAl基合金电火花切割成块体，放置在真空多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa和升温速度为10℃/min～15℃/min的条件下从室温升温至1200℃～1350℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1200℃～1350℃的条件下保温10min～60min，然后在挤压温度为1200℃～1350℃、挤压速率为5mm/min～10mm/min、挤压比为(2～8):1和挤压道次为1～4的条件下进行挤压，挤压完成后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至900℃～1150℃，在真空度为10^-3Pa和温度为900℃～1150℃的条件下退火2h～6h，在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，精密抛光得到厚度为5mm～20mm的TiAl基合金板材；

三、水切割：将步骤二得到的厚度为5mm～20mm的TiAl基合金板材进行水切割，水切割缝宽度为1mm～2mm，切缝长度为5mm～15mm，切缝两端为180°且半径为0.5mm的圆角，然后进行清洗，将清洗完的TiAl基合金板材放在真空烘箱中，在真空度为1Pa～10Pa和温度为60℃的条件下烘干10h，得到水切割完后的TiAl基合金板材；

四、拉制：将步骤三得到的水切割完后的TiAl基合金板材放入真空高温多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa、拉制温度为950℃～1200℃和拉制速度为0.1mm/min～10mm/min的条件下拉制至总变形量为100％～1000％，得到TiAl基合金蜂窝芯，拉制完成后在真空度为10^-3Pa和退火温度为1000℃～1300℃的条件下退火2h～4h，然后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，得到TiAl基合金蜂窝芯；

五、钎焊：将步骤二精密抛光得到厚度为5mm～20mm的TiAl基合金板材电火花切割出2块厚度为1mm～4mm的TiAl基合金板材，然后精密抛光，将抛光后的2块TiAl基合金板材和步骤四得到的TiAl基合金蜂窝芯进行钎焊，得到两侧为TiAl基合金板材、中间为TiAl基合金蜂窝芯的三明治结构；所述的钎焊工艺为：采用TiCuNi系钎料、钎焊温度为900℃～1100℃、钎焊压力为1MPa～5MPa、钎焊保温时间为20min～60min，最后随炉冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法，其特征在于步骤一所述的圆柱体棒材的高和直径比为1:0.67。

3.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法，其特征在于步骤二所述的挤压比为2:1。

4.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法，其特征在于步骤二所述的挤压道次为2。

5.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法，其特征在于步骤五所述的TiCuNi系钎料为钎料Ti15Cu15Ni。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属蜂窝结构的制备方法。

背景技术

TiAl基合金具有密度小、高温比强度高等优点，作为一种新型轻质高强材料在航空航天领域具有巨大应用潜力。蜂窝结构具有强度高、密度小、隔音隔热等优点，在航空航天领域获得广泛应用。TiAl基合金蜂窝结构对提高飞行器的推重比具有重大意义。现有制备蜂窝结构的工艺主要包括精铸法和芯板弯折/焊接组合工艺。精铸法制备TiAl基合金蜂窝结构存在大量的缩松等缺陷，大大降低了其使用性能；芯板弯折/焊接组合工艺多需要薄板的制备、弯折、焊接等复合工艺，工序长、能耗高，大大提高了其成本，且蜂窝壁存在大量焊缝，工艺稳定性差。目前由于TiAl基合金高温变形抗力大，薄板制备技术难以突破，利用传统的制备工艺难以制备出合格的TiAl基合金蜂窝结构。因此开发一种兼顾高性能、低成本的TiAl基蜂窝结构制备工艺，推动TiAl基合金在飞行器上的应用，是目前的研究重点。

发明内容

本发明是为了解决目前制备的蜂窝结构存在大量的缩松等缺陷、工序长、能耗高，成本高，且蜂窝壁存在大量焊缝，工艺稳定性差，而且目前TiAl基合金高温变形抗力大，薄板制备技术难以突破的技术问题，而提供一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法。

本发明的一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法是按以下步骤进行：

一、锻造：将TiAl基合金坯料电火花切割成圆柱体棒材，放置在真空多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa和升温速度为5℃/min～15℃/min的条件下从室温升温至1150℃～1300℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1150℃～1300℃的条件下保温10min～60min，然后在真空度为10^-3Pa、温度为1150℃～1300℃和应变速率为10^-1S^-1～10^-4S^-1的条件下进行开坯锻造至总变形量为30％～80％，然后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至950℃～1100℃，在真空度为10^-3Pa和温度为950℃～1100℃的条件下保温2h～6h，在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，得到锻造完的TiAl基合金；所述的圆柱体棒材的高和直径比为1:(0.67～1)；

二、挤压：将步骤一得到的锻造完的TiAl基合金电火花切割成块体，放置在真空多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa和升温速度为10℃/min～15℃/min的条件下从室温升温至1200℃～1350℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1200℃～1350℃的条件下保温10min～60min，然后在挤压温度为1200℃～1350℃、挤压速率为5mm/min～10mm/min、挤压比为(2～8):1和挤压道次为1～4的条件下进行挤压，挤压完成后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至900℃～1150℃，在真空度为10^-3Pa和温度为900℃～1150℃的条件下退火2h～6h，在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，精密抛光得到厚度为5mm～20mm的TiAl基合金板材；

三、水切割：将步骤二得到的厚度为5mm～20mm的TiAl基合金板材进行水切割，水切割缝宽度为1mm～2mm，切缝长度为5mm～15mm，切缝两端为180°且半径为0.5mm的圆角，然后进行清洗，将清洗完的TiAl基合金板材放在真空烘箱中，在真空度为1Pa～10Pa和温度为60℃的条件下烘干10h，得到水切割完后的TiAl基合金板材；

四、拉制：将步骤三得到的水切割完后的TiAl基合金板材放入真空高温多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa、拉制温度为950℃～1200℃和拉制速度为0.1mm/min～10mm/min的条件下拉制至总变形量为100％～1000％，得到TiAl基合金蜂窝芯，拉制完成后在真空度为10^-3Pa和退火温度为1000℃～1300℃的条件下退火2h～4h，然后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，得到TiAl基合金蜂窝芯；

五、钎焊：将步骤二精密抛光得到厚度为5mm～20mm的TiAl基合金板材电火花切割出2块厚度为1mm～4mm的TiAl基合金板材，然后精密抛光，将抛光后的2块TiAl基合金板材和步骤四得到的TiAl基合金蜂窝芯进行钎焊，得到两侧为TiAl基合金板材、中间为TiAl基合金蜂窝芯的三明治结构；所述的钎焊工艺为：采用TiCuNi系钎料、钎焊温度为900℃～1100℃、钎焊压力为1MPa～5MPa、钎焊保温时间为20min～60min，最后随炉冷却至室温。

本发明选用TiAl基合金为原料，经过高温锻造退火后，线切割成一定尺寸的TiAl基合金块体，在真空多功能热压炉中进行高温挤压，制得一定尺寸的TiAl基合金厚板，高温退火及机加工后进行水切割制备出TiAl基蜂窝拉伸坯料，在真空多功能热压炉中进行高温拉制成型，退火后制得TiAl基蜂窝芯，在挤压厚板上通过线切割切下TiAl基箔材机加工后与TiAl基蜂窝芯进行高温钎焊连接制得TiAl基合金蜂窝结构。

本发明的制备方法解决了现有方法在TiAl基蜂窝结构制备过程中需要薄板制备困难的难题，解决了现有方法蜂窝壁存在大量焊缝导致其力学性能差的难题，且本发明的制备方法具有生产工艺简单、生产效率高、成本低、无需大规模使用TiAl基薄板的优点，制备得到的TiAl基蜂窝结构稳定，缺陷少，可广泛应用于金属材料蜂窝结构的制备。

本发明的有益效果：在本发明的方法中TiAl基合金经过高温锻造和高温挤压后性能得到大幅度提高，通过水切割TiAl基合金厚板，避免了TiAl基合金薄板的轧制，大大降低了成本，蜂窝单元通过高温拉伸获得，避免了精铸法的大量铸造缺陷和弯折/焊接工艺的大量焊缝，本发明的方法大大提高了其力学性能和结构稳定性；此外，本发明的方法制备的蜂窝芯为整体成形，提高了结构的平整性。

附图说明

图1为本发明步骤三中水切割完后的TiAl基合金板材的切缝分布示意图；

图2为本发明步骤四中TiAl基合金蜂窝芯拉制过程示意图；

图3为本发明步骤四中制备的TiAl基合金蜂窝芯的示意图；

图4为本发明步骤五中钎焊示意图，1为TiAl基合金板材，2为TiAl基合金蜂窝芯。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法，具体是按以下步骤进行：

一、锻造：将TiAl基合金坯料电火花切割成圆柱体棒材，放置在真空多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa和升温速度为5℃/min～15℃/min的条件下从室温升温至1150℃～1300℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1150℃～1300℃的条件下保温10min～60min，然后在真空度为10^-3Pa、温度为1150℃～1300℃和应变速率为10^-1S^-1～10^-4S^-1的条件下进行开坯锻造至总变形量为30％～80％，然后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至950℃～1100℃，在真空度为10^-3Pa和温度为950℃～1100℃的条件下保温2h～6h，在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，得到锻造完的TiAl基合金；所述的圆柱体棒材的高和直径比为1:(0.67～1)；

二、挤压：将步骤一得到的锻造完的TiAl基合金电火花切割成块体，放置在真空多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa和升温速度为10℃/min～15℃/min的条件下从室温升温至1200℃～1350℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1200℃～1350℃的条件下保温10min～60min，然后在挤压温度为1200℃～1350℃、挤压速率为5mm/min～10mm/min、挤压比为(2～8):1和挤压道次为1～4的条件下进行挤压，挤压完成后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至900℃～1150℃，在真空度为10^-3Pa和温度为900℃～1150℃的条件下退火2h～6h，在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，精密抛光得到厚度为5mm～20mm的TiAl基合金板材；

三、水切割：将步骤二得到的厚度为5mm～20mm的TiAl基合金板材进行水切割，水切割缝宽度为1mm～2mm，切缝长度为5mm～15mm，切缝两端为180°且半径为0.5mm的圆角，然后进行清洗，将清洗完的TiAl基合金板材放在真空烘箱中，在真空度为1Pa～10Pa和温度为60℃的条件下烘干10h，得到水切割完后的TiAl基合金板材；

四、拉制：将步骤三得到的水切割完后的TiAl基合金板材放入真空高温多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa、拉制温度为950℃～1200℃和拉制速度为0.1mm/min～10mm/min的条件下拉制至总变形量为100％～1000％，得到TiAl基合金蜂窝芯，拉制完成后在真空度为10^-3Pa和退火温度为1000℃～1300℃的条件下退火2h～4h，然后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，得到TiAl基合金蜂窝芯；

五、钎焊：将步骤二精密抛光得到厚度为5mm～20mm的TiAl基合金板材电火花切割出2块厚度为1mm～4mm的TiAl基合金板材，然后精密抛光，将抛光后的2块TiAl基合金板材和步骤四得到的TiAl基合金蜂窝芯进行钎焊，得到两侧为TiAl基合金板材、中间为TiAl基合金蜂窝芯的三明治结构；所述的钎焊工艺为：采用TiCuNi系钎料、钎焊温度为900℃～1100℃、钎焊压力为1MPa～5MPa、钎焊保温时间为20min～60min，最后随炉冷却至室温。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一所述的圆柱体棒材的高和直径比为1:0.67。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二所述的挤压比为2:1。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤二所述的挤压道次为2。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤五所述的TiCuNi系钎料为钎料Ti15Cu15Ni。其他与具体实施方式一相同。

通过以下试验验证本发明的有益效果：

试验一：本试验为一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法是按以下步骤进行：

一、锻造：将TiAl基合金坯料电火花切割成圆柱体棒材，放置在真空多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa和升温速度为10℃/min的条件下从室温升温至1250℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1250℃的条件下保温30min，然后在真空度为10^-3Pa、温度为1250℃和应变速率为10^-3S^-1的条件下进行开坯锻造至总变形量为70％，然后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至1100℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1100℃的条件下保温2h，在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，得到锻造完的TiAl基合金；所述的圆柱体棒材的高和直径比为1:0.67；

二、挤压：将步骤一得到的锻造完的TiAl基合金电火花切割成150mm×40mm×80mm的块体，放置在真空多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa和升温速度为10℃/min的条件下从室温升温至1300℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1300℃的条件下保温60min，然后在挤压温度为1300℃、挤压速率为5mm/min～10mm/min、挤压比为2:1和挤压道次为2的条件下进行挤压，挤压完成后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至1000℃，在真空度为10^-3Pa和温度为1000℃的条件下退火4h，在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，精密抛光得到厚度为10mm的TiAl基合金板材；

三、水切割：将步骤二得到的厚度为10mm的TiAl基合金板材进行水切割，水切割缝宽度为1mm，切缝长度为6mm，切缝两端为180°且半径为0.5mm的圆角，然后进行清洗，将清洗完的TiAl基合金板材放在真空烘箱中，在真空度为10Pa和温度为60℃的条件下烘干10h，得到水切割完后的TiAl基合金板材；

四、拉制：将步骤三得到的水切割完后的TiAl基合金板材放入真空高温多功能热压炉中，在真空度为10^-3Pa、拉制温度为1000℃和拉制速度为2mm/min的条件下拉制至总变形量为300％，得到TiAl基合金蜂窝芯，拉制完成后在真空度为10^-3Pa和退火温度为1000℃的条件下退火4h，然后在真空度为10^-3Pa的条件下随炉冷却至室温，得到TiAl基合金蜂窝芯；

五、钎焊：将步骤二精密抛光得到厚度为10mm的TiAl基合金板材电火花切割出2块厚度为2mm的TiAl基合金板材，然后精密抛光，将抛光后的2块TiAl基合金板材和步骤四得到的TiAl基合金蜂窝芯进行钎焊，得到两侧为TiAl基合金板材、中间为TiAl基合金蜂窝芯的三明治结构；所述的钎焊工艺为：采用TiCuNi系钎料、钎焊温度为1000℃、钎焊压力为3MPa、钎焊保温时间为30min，最后随炉冷却至室温；所述的TiCuNi系钎料为钎料Ti15Cu15Ni。

一种TiAl基合金蜂窝结构的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。