[發明專利]一種含氧的鈦基合金的粉末冶金制備方法

有效

• 申請號: 201310516241.7
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103572084A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 肖代紅
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C14/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種含氧的鈦基合金的粉末冶金制備方法。屬于粉末冶金結構材料制備技術領域。?

背景技術

鈦及其合金因其具有輕質高強、熱強性好、耐蝕性和生物相容性優異等優點，在航空航天等軍用和民用領域獲得了日益廣泛的應用。固溶強化是目前鈦合金主要的強化方式之一。文獻表明，0.4%的氧能使純鈦拉伸屈服強度從180MPa提高到610MPa，其強化效果遠高于其他常用的Al、Ag、Zr、Mo等合金化元素【鈦合金在俄羅斯飛機及航空航天上的應用，航空工業出版社，2008年，p2】。氧在Ti中的最大固溶度為14.5%（質量分數，下同）。由于氧存在于鈦基體中，通常有2種形式，一種是固溶在基體合金中，形成含氧的固溶體，這對基體金屬是具有良好的固溶強化效果的；另一種是與基體金屬形成氧化物夾雜，嚴重損害基體金屬的塑性。而現有技術無法控制氧存在于鈦基體中的具體形式，因此，為保持金屬鈦的良好塑性，通常工業純鈦中的氧含量被嚴格控制在0.2wt.%以下；導致作為固溶體強化效果顯著的氧元素的強化效果沒有得到充分的利用。另外，在通常的粉末冶金領域中，由于氧會使材料斷裂韌性、低溫韌性、疲勞性能、耐蝕性、冷成型性和可焊性等變壞，因此，氧通常作為一種有害元素，其含量也是被嚴格控制的。?

基于氧具有顯著的固溶體強化效果，已有科研人員在這方面進行了初步探?索，并取得了良好的效果。澳大利亞的Xu等【Appl.Phys.Lett.，2008年,Vol.92,p11924】，通過氫化脫氫法制備了氧含量為1.34%的鈦粉，并利用BP-ECAP（反壓-等通道復合擠壓）法得到了壓縮屈服強度達1350MPa的超細晶鈦合金。華南理工大學的Li等【Mater.Sci.Eng.A,2011年,Vol.528,p1897】，以非晶態鈦粉為先驅體，通過等離子活化燒結（PAS）法制備了細晶Ti-O基復合材料，其壓縮屈服強度達到2100MPa。但上述兩種方法都存在著工藝復雜、制備工藝流程長、成本較高的缺點。?

發明內容

本發明的目的旨在克服現有技術之不足而提供一種工藝簡單，成本低的含氧的鈦基合金的粉末冶金制備方法。所生產出的含氧鈦合金具有良好的致密度，產品質量綜合性能優良。?

本發明一種含氧的鈦基合金的粉末冶金制備方法，包括如下步驟：?

步驟一：將純鈦粉或鈦合金粉置于含氧環境下加熱至500～700℃保溫5-60分鐘，獲得顆粒表面含氧的純鈦粉或鈦合金粉；?

步驟二：將步驟一中所得的含氧純鈦粉或鈦合金粉在真空熱壓燒結爐或等離子燒結爐中進行燒結；得到含氧的粉末冶金鈦氧合金；?

其中：熱壓燒結爐的燒結工藝參數為：燒結壓力5MPa～25MPa，燒結溫度1200～1400℃，燒結時間30～180分鐘；?

等離子燒結爐的燒結工藝參數為：燒結壓力20MPa～50MPa，燒結溫度1000～1200℃，燒結時間5～25分鐘。?

本發明一種含氧的鈦基合金的粉末冶金制備方法，所述含氧環境是指環境中氧的體積濃度為不低于20%。?

本發明一種含氧的鈦基合金的粉末冶金制備方法，所述純鈦粉或鈦合金粉?的粒度為10μm-150μm。?

本發明一種含氧的鈦基合金的粉末冶金制備方法，所述純鈦粉的純度≥99%。?

本發明一種含氧的鈦基合金的粉末冶金制備方法，所述含氧純鈦粉或鈦合金粉盛裝在石墨模具中進行燒結。?

本發明的機理簡述如下：?