[發明專利]一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法

在審

• 申請號: 201710117430.5
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106975744A
• 公開（公告）日: 2017-07-25
• 發明（設計）人: 劉其軍;焦振;汪貽高;張明建;王文丹;劉福生;樊代和;常相輝
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B22F3/08
• 分類號: B22F3/08;C22C21/00;C22C27/02;C22C1/04
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏,王偉

技術領域

本發明屬于鈮鋁合金制備技術領域，具體涉及一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法。

背景技術

自1990年被美國和日本系統研究以來，鈮鋁合金因為有較高的熔點、較低的密度、較好的高溫強度和室溫斷裂韌性，被研究用于高推重比航空發動機渦輪葉片。

目前，已知的鈮鋁合金制備方法主要有機械合金化法、卷繞法、快速加熱冷滲法、快速融化凝固法、電加熱粉末軋制法、熔鹽金屬熱還原法、激光沉積制備法、高溫熔煉法、浸漬-脫氫法和電化學沉積法等。但上述方法中存在制備時間太長、制備過程中易氧化、合金樣品的顆粒度大、合金樣品的顆粒分布不均勻等問題。在公開的研究中，通過優化合金制備的反應速率、控制鈮顆粒大小、調節基體和延性顆粒的結合狀態，提高合金結構的對稱性，可改變鈮鋁合金的韌性；通過超聲波沖擊鹽溶液中的合金成分，提高合金的斷裂韌性和強度。極冷極熱是常規生產合金的重要過程，在常規合成方法中，達到高溫高壓狀態和從高溫高壓狀態到常溫常壓耗費在數十分鐘至數十小時不等，這遠遠無法實現極冷極熱的轉換效果，燒結效果不理想。此外，熱量有助于合金的合成，當沖擊波合成一部分鈮鋁合金后，鈮粉與鋁粉合成過程中會自發釋放熱量。

另一方面，壓力和反應時間也是生成合金的重要因素。此前美國新墨西哥采礦技術大學和加利福尼亞大學圣地亞哥分校用化爆接觸爆炸加載法產生平面沖擊波合成鈮鋁合金，但接觸爆炸只有爆轟波波陣面鄰區的能量對樣品進行壓縮做功，沒有借助飛片等撞擊平面，產生的沖擊波并不均勻，影響合金的均勻性。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，提供一種制備時間短的沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，包括以下步驟：

S1、將鋁粉與鈮粉在手套箱中攪拌混合使粉末混合均勻；

S2、將混合均勻的粉末按照設定的質量稱量，放入壓片機模具中，使用壓片機將粉末預壓成片；

S3、將壓片放入回收盒并擰緊，隨后將回收盒放入大質量鋼架中，確保回收盒底部中心與炮管口中心對齊，為防止壓片氧化，此步驟需在3小時內完成，越快越好；

S4、使用輕氣炮驅動飛片撞擊回收盒，產生的沖擊波對壓片進行沖擊壓縮做功，形成高溫高壓環境，制備得到鈮鋁合金；

S5、在將鈮鋁合金取出的過程中為防止該過程中產生的高溫促使已合成的鈮鋁合金與鈮粉、鋁粉發生發應，進而影響樣品表征，不能使用線切割機等易產生高溫的裝置進行取樣，可使用車床將鈮鋁合金從回收盒取出，并將鈮鋁合金表面的雜質磨掉。

優選地，所述鋁粉與鈮粉的純度均大于99.9％，鋁粉與鈮粉的質量百分比為30:70～70:30。

優選地，所述鋁粉與鈮粉的顆粒度大小相同，粒徑不大于325目，并且粒徑越小越好。

優選地，在步驟S2中，因為顆粒度很細的鋁粉容易爆燃，安全起見，從鈮粉與鋁粉的混合到壓制成片的過程，均需在手套箱中完成。

優選地，為了更好的實現極冷極熱過程，選用散熱快的紫銅或銅鋁合金制作回收盒。

優選地，所述飛片沖擊速度范圍為2.1～2.9km/s。

優選地，所述輕氣炮為二級輕氣炮，二級輕氣炮包括兩個氣室，引爆一級氣室中的炸藥，推動活塞平穩壓縮二級氣室中的輕質氣體，達到預定壓強使膜片破裂，驅動飛片以一定的速度撞擊回收盒。

優選地，在步驟S5中，使用拋光機和砂紙將鈮鋁合金表面的雜質磨掉。

優選地，所述回收盒包括臺座和螺旋蓋，臺座表面內凹形成樣品倉；螺旋蓋包括相連的螺紋段和支撐段，螺紋段的直徑大于支撐段的直徑，樣品倉包括與支撐段直徑相同的第一倉以及與螺紋段螺紋配合的第二倉，第一倉的深度大于支撐段的長度。

優選地，所述螺紋段的頂部開設有直線溝槽。

本發明的有益效果是：

1、本發明所提供的一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，利用鈮鋁合金制備為放熱反應的特點，結合沖擊壓縮輕氣炮沖擊壓縮加載時間快、壓力分布均勻、產品顆粒度細和燒結性能好等優點，可在數十至數百納秒時間內產生高溫高壓制備鈮鋁合金，大大減少制備時間。

2、本方法只使用鋁粉和鈮粉，沒有添加其他物質，并且在沖擊壓縮前進行了預壓處理，使制備過程中沒有副產物氣體或粉末生成，有利于環境保護。

3、由于本方法對壓片的孔隙度沒有要求，在壓片過程中不需要使用成型助劑或特殊的高壓力壓機，操作簡單。

附圖說明

圖1是本發明沖擊壓縮制備鈮鋁合金時輕氣炮與回收盒的位置關系圖。