[發(fā)明專利]高鈮鈦鋁合金材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610889322.5
• 申請日: 2016-10-12
• 公開（公告）號: CN106435268B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李軍;楊紹利;吳恩輝;侯靜;馬蘭;賴奇;王濤;胡煉;甘雨生
• 申請（專利權(quán)）人: 攀枝花學(xué)院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22B4/06;C22B5/04
• 代理公司: 成都希盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司51226
• 代理人: 柯海軍,武森濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈦合金材料及其制備方法，尤其涉及一種高鈮鈦鋁合金及其制備方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦鋁合金密度低、高溫強度高、剛度和彈性模量大及較好的抗氧化性、抗蠕變性和抗疲勞性能等優(yōu)點，在航空、航天及汽車領(lǐng)域是一種極具競爭力的高溫結(jié)構(gòu)材料，通過科學(xué)家不斷實驗證明，鈦鋁合金中加入鈮是提高合金高溫性能最有效的方法，高鈮TiAl金屬間化合物經(jīng)過近年來的研究，在相圖、抗氧化性和組織與性能等方面的研究取得了一系列重要的進(jìn)展，其優(yōu)異的高溫性能而受到廣泛的關(guān)注。

高含量難熔金屬鈮元素的加入使合金的熔點較普通鈦鋁合金提高約60～100℃，鈮元素的固溶強化，使其900℃的屈服強度較普通鈦鋁合金高150～200Mpa，高熔點鈮的加入同時降低了擴散系數(shù)，改善了抗氧化性，是最具有應(yīng)用潛力的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料。

但是高鈮的加入帶來優(yōu)越的高溫性能的同時，也增加了合金的制備的難度，因為合金熔點、高溫強度大幅度提高必然要提高合金的熔煉溫度和熱加工溫度，高鈮鈦鋁基合金作為新一代高溫結(jié)構(gòu)材料的研究開發(fā)目前尚處于起步階段。

目前普通鈦鋁基合金的制備工藝主要鑄錠冶金工藝，CN 1958817A公開了一種以元素粉末和合金粉末為原料，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)合成制備高鈮鈦鋁合金，其合金粉末的成分為：Al含量為45％～46％，Nb含量為8％～10％，C含量為0～0.2％，W含量為0～0.2％，余量為Ti；該方法能實現(xiàn)快速燒結(jié)制備高鈮鈦鋁合金，但該方法需要在軸向加高壓，并且要在真空條件或惰性條件下進(jìn)行，成本相對較高。

《GB/T 3620.1-2007鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》公開了現(xiàn)有鈦合金的種類及各鈦合金中的化學(xué)成分，其中鈮鈦鋁合金Ti-6Al-7Nb，Al含量5.5～6.5，Nb含量6.5～7.5，其它元素含量0.40，余量為Ti，鈦的含量較高，因而合金的密度也較高。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)及專利未見采用電鋁熱還原法制備高鈮鈦鋁合金的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種高鈮鈦鋁合金材料，該高鈮鈦鋁合金密度低，成本低。

為解決第一個技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：高鈮鈦鋁合金材料，所述高鈮鈦鋁合金材料含有：55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al和5～15重量份的Nb。

進(jìn)一步地，所述高鈮鈦鋁合金材料由55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al、5～15重量份的Nb、1.5～1.8重量份的氧和0.8～1.2重量份的其它雜質(zhì)組成。

本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種上述高鈮鈦鋁合金材料的制備方法，該方法工藝簡單，合成成本低。

為解決第二個技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：高鈮鈦鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟：

a.配料：取鈦白粉27.3～30重量份、鋁粉24.6～30.3重量份、氧化鈣23.5～28.5重量

份、氟化鈣14.3～20重量份，五氧化二鈮3～8重量份；

b.混勻：將a步驟配好的料混合均勻；

c.焙燒：將b步驟混勻的原料焙燒，焙燒溫度1450～1600℃，焙燒時間10～40min；

d.冷卻：將c步驟焙燒后的原料冷卻，實現(xiàn)高鈮鈦鋁合金和熔渣的有效分離。

優(yōu)選地，b步驟采用球磨機混合均勻。

優(yōu)選地，c步驟在馬弗爐中進(jìn)行焙燒。

優(yōu)選地，d步驟在空氣氣氛下自然冷卻。

進(jìn)一步地，b步驟采用球磨機混合均勻的球磨時間20～60min。

優(yōu)選地，c步驟焙燒溫度1500℃-1600℃。

優(yōu)選地，c步驟焙燒時間10～30min。

進(jìn)一步地，鈦的收率90％以上，鈮的收率95％以上，合金收率80％以上。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的高鈮鈦鋁合金材料鋁的含量高，鈦的含量低，合金的密度較低，原料成本低，應(yīng)用于航空領(lǐng)域更節(jié)能。

本發(fā)明的高鈮鈦鋁合金材料的制備方法，以鈦的氧化物、鈮的氧化物為原料，電鋁熱一步還原合成制備高鈮鈦鋁合金，可以降低生產(chǎn)成本、縮短工藝流程，具有較大的現(xiàn)實意義，目前還未見相關(guān)領(lǐng)域的報道，具有較大的創(chuàng)新性。此外，本發(fā)明可在空氣中冷卻，不需要真空或惰性氣體保護(hù)，冷卻后熔渣與合金易分離，制得的合金的雜質(zhì)含量低。

相對于傳統(tǒng)制備高鈮鈦鋁合金材料的方法，該方法具有成本低、工藝和設(shè)備要求簡單、原料來源廣的優(yōu)點。

附圖說明