[發明專利]一種以氫化鈦鋁合金粉末短流程制備鈦鋁金屬間化合物的方法

有效

• 申請號: 201310659314.8
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103639408B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 郭志猛;葉青;張欣悅;林均品;柏鑒玲;趙子粉;吳勝江
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F3/00
• 分類號: B22F3/00;C22C14/00;C22C21/00;C22C1/04
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于粉末冶金領域，特別是涉及一種以氫化鈦鋁合金粉末短流程制備鈦鋁金屬間化合物的方法。

背景技術

鈦鋁金屬間化合物具有耐高溫、抗氧化、耐蝕、耐磨、高比剛和高比強等優點，其性能與Ni基高溫合金相近，但密度只有Ni基高溫合金的一半，成為最具發展潛力的新一代航空航天發動機用輕質高溫結構材料。合金在700℃～1000℃的高溫環境中，表現出良好的高溫性能；但在700?℃以下溫度范圍內，其延伸率僅有1%～3%，表現出嚴重的室溫脆性，塑性加工成形困難、制備成本高，阻礙了鈦鋁合金的發展和應用。

粉末冶金方法可以方便的實現復雜構件近凈成形，避免了TiAl基合金難以塑性加工的問題，并且易于添加高熔點的合金元素，其制備的TiAl基合金制品無疏松、縮孔、成分偏析和粗大片層組織等鑄造缺陷，且具有均勻細小的顯微組織，力學性能良好。粉末冶金成形工藝一般要求原料粉末粒度細小、分布均勻、純度高及氧含量低。現有的粉末制備方法有反應擴散法、霧化法和旋轉電極法等。目前主要的混合元素粉末法先將原料海綿鈦氫化處理，破碎研磨成氫化鈦粉末，再脫氫制備鈦粉，之后與鋁粉低溫擴散合金化制備鈦鋁合金粉末，鈦鋁間擴散反應使粉末粘結，需要再次球磨破碎成粉末，最終成形燒結制得鈦鋁金屬間化合物制品。成本較低，但工藝復雜耗時長，并且制備的鈦鋁合金粉末由于反應燒結中會產生大幅度體積膨脹，粉末形狀不規則，氧含量和雜質含量較高；霧化法是通過一定的手段直接將熔體金屬擊碎得到金屬粉末的一種方法，此方法制備的金屬粉末粒度較大，且因為存在坩堝污染，容易在粉末中帶入氧化物夾雜；等離子旋轉電極法可制備球形度好、純度高、氧含量低的鈦鋁合金粉末，缺點是制備的粉末較粗一般在100μm以上，不易制取，每批次的材料利用率不高，導致成本過高。現檢索出專利號為CN201310099463.3的專利提供了一種基于Ti元素粉末和Al元素粉末制備TiAl金屬間化合物零件的方法，但鈦和鋁之間的擴散反應會引起坯體大幅度膨脹，導致樣品變形破碎和相對密度低，對樣品的性能有不利影響。

本發明提供以氫化鈦鋁合金粉末短流程制備高純鈦鋁合金的工藝方法，將高純鋁和海綿鈦熔煉為鈦鋁合金鑄錠，經粗破碎后，氫化處理制得氫化合金粉料，再利用渦流氣流磨研磨制成微細鈦鋁合金粉末，隨后成形燒結制得鈦鋁金屬間化合物制品。

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發明內容

本發明的目的在于提供一種以氫化鈦鋁合金粉末短流程制備鈦鋁金屬間化合物的工藝方法，該方法利用氫化處理和渦流氣流磨研磨的鈦鋁合金粉末具有的純度高、含氧量低、粒度細小、粒度分布窄、均勻性好等優點，進而制得高純度、低氧含量的鈦鋁金屬間化合物制品。

為達到以上目的，采用的具體工藝參數和流程如下：

一種以氫化鈦鋁合金粉末短流程制備鈦鋁金屬間化合物的方法，包括步驟：

1）以純度為99.9%的高純鋁和99%海綿鈦為原料，在真空自秏電極電弧凝殼爐或真空感應爐中熔煉成鈦鋁合金鑄錠，其中合金鑄錠的成分為：Al原子百分含量為46%～50%，余量為Ti；

2）將所述鈦鋁合金鑄錠粗破碎為1～5mm的粉料；

3）粗破碎的粉料經過氫化處理后獲得氫化的鈦鋁合金粉末，氫化處理的主要工藝參數為：真空爐真空度為10^-2～10^-3Pa，氫與鈦鋁合金粉末反應溫度為350℃～580℃，氫氣壓強控制在0.1～0.3MPa；

4）將上述氫化的鈦鋁合金粉末經渦流氣流磨研磨制成均勻的微細合金粉末，其中渦流氣流磨的研磨氣體壓力為0.6～1.3Mpa，分選機轉速為2800～4200轉；

5）將氫化的鈦鋁合金粉末成型后，放入真空度低于10^-2Pa的真空爐中，在600～750℃溫度范圍內脫氫處理，升溫速度為3～5℃/min，保溫時間2～6小時，然后直接加熱到1450℃～1500℃進行燒結，隨爐冷卻后得到高純度鈦鋁金屬間化合物制品。

在步驟（4）經渦流氣流磨研磨制備的微細合金粉末平均粒度為10～70μm。

在步驟5），制備的鈦鋁金屬間化合物制品純度為99.4%～99.9%、相對密度大于98%、氧含量低于2000ppm。

在步驟2），對鑄錠進行粗破碎為1～5mm的粉料包括刨銑、低溫冷切削和壓力破碎方法。