[發(fā)明專利]球形鈦鋁基合金粉末的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711190224.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN107952966A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧東;黃云;鐘兵;毛鳳嬌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號(hào): B22F9/04
• 分類號(hào): B22F9/04;B22F9/14;B22F1/00
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙)51124
• 代理人: 梁鑫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種球形鈦鋁基合金粉末的制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金因其質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、高溫蠕變性能優(yōu)異，已在航天航空及汽車等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用，被用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)葉片及盤件等。但是，鈦合金變形系數(shù)小、切削溫度高、冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重、機(jī)械加工性能差，阻礙了其推廣。已經(jīng)有研究者以TC4鈦合金為原材料，制造出航空航天用零件，但是TC4材料抗高溫蠕變性能及熱穩(wěn)定性差，最高工作溫度550℃，不能滿足耐更高溫度的發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

為獲得更高推重比的發(fā)動(dòng)機(jī)，TiAl合金作為一種新興的合金結(jié)構(gòu)材料，具有密度更低，比強(qiáng)度更高等特點(diǎn)；在較高溫時(shí)仍可以保持一定的強(qiáng)度和剛度，而且還具有良好的抗蠕變及抗氧化能力，因而TiAl合金材料是航天、航空及汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)耐熱結(jié)構(gòu)件極具競(jìng)爭(zhēng)力的材料之一。

雖然TiAl合金有許多優(yōu)點(diǎn)，并在技術(shù)上取得了許多重要突破，但仍有許多性能方面的問題需要解決，比如TiAl合金對(duì)于1000℃以上使用的高溫部件具有相對(duì)較低的高溫強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度、塑性與斷裂/蠕變抗力具有相反關(guān)系等，因而還需要進(jìn)一步研發(fā)具有更優(yōu)異性能的TiAl合金，以滿足日益增長(zhǎng)的性能需求。

為了適應(yīng)激光束或電子束3D打印技術(shù)的需求，需要制備流動(dòng)性好、氧含量低的球形鈦鋁基合金，現(xiàn)有技術(shù)中還未見有制備流動(dòng)性好、氧含量低的球形鈦鋁基合金的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：現(xiàn)有方法制備的球形鈦鋁基合金粉末球形度低，粒度不均，氧含量高等問題。

本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為：提供一種球形鈦鋁基合金粉末的制備方法。該方法包括以下步驟：

a、真空感應(yīng)熔煉

取高純鈦粉、高純鋁粉、中間合金材料、增強(qiáng)材料混合均勻，采用水冷銅坩堝真空感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行熔煉，在熔煉溫度300～600℃，熔煉功率100～250kW下熔煉1～10min得到熔體，冷卻，得到鈦鋁基合金鑄錠，鑄錠表面進(jìn)行扒皮處理；

b、均勻化退火處理

將步驟a得到的鈦鋁基合金鑄錠置于真空度≦1.0×10^-2Pa的真空熱處理爐中進(jìn)行均勻化退火處理，均勻化退火處理溫度為600～1300℃，保溫時(shí)間為1～8h，獲得合金成分均勻的鈦鋁基合金鑄錠；

c、氫化處理

通過機(jī)械粉碎的方法將鈦鋁基合金鑄錠破碎成5～45mm的小塊鑄錠，并置于不銹鋼壓力罐中，將壓力罐抽真空到1.0×10^-3Pa，通入高純氫氣至壓力罐壓力為0.1～2.5MPa，在600～1300℃保溫1～8h，得到粒徑為20～350μm的吸氫鈦鋁基合金粉末，篩分，得到粒徑小于200μm的細(xì)顆粒吸氫鈦鋁基合金粉末；

d、等離子體球化

將細(xì)顆粒吸氫鈦鋁基合金粉末進(jìn)行等離子球化處理，得到微細(xì)球形鈦鋁基合金粉末。

其中，上述球形鈦鋁基合金粉末的制備方法中，步驟a中所述的高純鈦粉體積分?jǐn)?shù)為40～85％、高純鋁粉體積分?jǐn)?shù)為3～55％，中間合金材料的體積分?jǐn)?shù)為0.2～32％，增強(qiáng)材料體積分?jǐn)?shù)為0.1～25％。

其中，上述球形鈦鋁基合金粉末的制備方法中，步驟a中所述的中間合金材料為TiMo中間合金、TiMn中間合金、TiSn中間合金、AlV中間合金、TiNb中間合金、TiCr中間合金、TiW中間合金、海綿Zr、純釩塊或純鐵塊中的至少一種。

其中，上述球形鈦鋁基合金粉末的制備方法中，步驟a中所述的增強(qiáng)材料為石墨、石墨烯、碳納米管、碳纖維、硅、碳化硅、硼或碳化硼中的至少一種。

其中，上述球形鈦鋁基合金粉末的制備方法中，步驟d中所述的等離子球化處理參數(shù)為：送粉速率為10～250g/min，等離子輸出功率為30～250KW，工作真空度為1.0×10^-3Pa。

進(jìn)一步的，上述球形鈦鋁基合金粉末的制備方法中，步驟d等離子球化處理完成后，再進(jìn)行篩分，得到200μm以下的微細(xì)球形鈦鋁基合金粉末。