[發明專利]一種Ti-Al基非晶合金粉末材料、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201711135741.0
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107653424B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 劉致平;靳巧玲
• 申請（專利權）人: 康碩電氣集團有限公司
• 主分類號: C22C45/10
• 分類號: C22C45/10;B22F1/00;B22F9/04;B33Y70/00
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 劉洪勛

本發明公開了一種Ti?Al基非晶合金粉末材料、制備方法及其應用，Ti?Al基非晶合金材料，按重量份數計，合金材料包括：鈦60?65份、鋁30?35份和硼1?2份，還包括：鎢0?6份、硅0?2份和/或釩0?3份。所述合金粉末顆粒為球形，粒徑為15?50μm，含氧量為0.09?0.14％。Ti?Al基非晶合金材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選取相應含量的合金材料粉末，將所取的合金材料粉末置入混粉機中混合均勻；(2)將混合均勻的合金粉末材料進行球磨法機械合金化，制得合金材料成品。Ti?Al基非晶合金材料的應用，供金屬3D打印機用于3D打印零部件。

技術領域

本發明涉及金屬粉末制備的領域，具體涉及一種Ti-Al基非晶合金粉末材料、制備方法及其應用。

背景技術

目前，3D打印技術所面臨的問題之一就是原材料的短缺，對于金屬3D打印更是如此。目前可用于金屬3D打印的材料種類少、性能不穩定、成品不耐高溫，成為制約3D打印技術發展和應用的瓶頸問題。傳統粉末冶金用的金屬粉末材料還不能完全適應3D打印工藝。

Ti-Al基合金主要有α-Ti₃Al相和γ-TiAl相組成，它具有比強度高和比模量高、抗高溫蠕變性能和抗高溫氧化性能好等特點，是未來航空航天非常有潛力的輕質高溫結構材料。在航空航天、化工、核工業、運動器材以及醫療器械等領域得到了廣泛的應用。但是，目前Ti-Al基非晶/納米晶材料工業化應用受到了限制，主要是因為其室溫延展性較低，其拉伸塑性幾乎為零，壓縮塑性一般也低于2％，極易發生脆性斷裂，導致其室溫加工困難。

發明內容

本發明的目的是提供一種Ti-Al基非晶合金粉末材料、制備方法及其應用，采用機械合金化，通過優化球磨時間和加入不同質量分數的合金元素，改善其室溫加工性能和綜合力學性能。解決了Ti-Al基非晶材料的室溫延展性低、拉伸塑性差、壓縮塑性差、極易發生脆性斷裂和室溫加工困難導致的Ti-Al基非晶材料工業化應用受限制的問題。

為了實現上述目的，本發明提供的一種Ti-Al基非晶合金材料，按重量份數計，合金材料包括：鈦60-65份、鋁30-35份和硼1-2份，還包括：鎢0-6份、硅0-2份和/或釩0-3份。

本發明通過增大粉末中非晶含量，采用元素替代法，將B、W、Si、V元素分別取代部分Al元素，例如B元素的添加可以占據Ti、Al相的位置，使得合金晶格畸變、重排，能夠細化晶粒，優化合金的非晶形成能力。非晶寬化峰形成主要的兩個原因是：一是合金粉末受到高能沖擊，產生的內應力導致自身晶體畸變，增大了合金非晶化取向；二是在不斷的球磨過程中，粉末不斷發生冷焊、破碎過程，導致晶粒越來越小，提高了Al、B在Ti原子中的占有率，從而又加速了晶體畸變過程。大量的小尺寸的溶質原子不斷溶入大尺寸的Ti原子晶格中，增加了固溶體的不穩定性，當溶質原子在溶劑Ti中的固溶度超過臨界值后，合金元素晶格失穩崩潰，從而形成短程有序的非晶相。本發明制備的Ti-Al基非晶合金材料的密度小于純鈦(4.5g/cm³)的密度，硬度均在45以上。本發明所提供的Ti-Al基非晶合金材料既可以使打印出的零部件輕量化，又達到了高強度、耐磨損的功能化要求，提高了合金組織的均勻性和改善合金塑形。

優選地，所述合金材料為合金粉末顆粒。

優選地，所述合金粉末顆粒為球形，粒徑為15-50μm，含氧量為0.09-0.14％。

本發明還提供的一種Ti-Al基非晶合金材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取相應含量的合金材料粉末，將所取的合金材料粉末置入混粉機中混合均勻；

(2)將混合均勻的合金粉末材料進行機械合金化，制得合金材料成品。

機械合金化是一個通過高能球磨使粉末經受反復的變形、冷焊、破碎，從而達到元素間原子水平合金化的復雜物理化學過程。