[發(fā)明專利]一種鈦鋁合金的燒結(jié)工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711216897.1
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107971484A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳思妤;李金龍;陳斌;干勐俊;林楠
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波市鄞州隆茂沖壓件廠
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/10;B22F3/093;B22F3/03
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務(wù)所(普通合伙)33243
• 代理人: 洪珊珊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈦鋁合金的燒結(jié)工藝，屬于合金制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦鋁合金密度低、耐熱性好，具有高的比強(qiáng)度、比剛度，以及高的抗高溫蠕變性能和抗氧化能力，且生物相容性優(yōu)異，因而成為超高音速飛行器和下一代先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的首選材料，除了在航空航天領(lǐng)域外，鈦鋁合金在化學(xué)工業(yè)、人體植入物如髖關(guān)節(jié)替代品或者近海工業(yè)、能源工業(yè)中的應(yīng)用也逐漸增加。此外鈦鋁合金在體育用品和日常消費(fèi)品領(lǐng)域，如高爾夫球棒、自行車或珠寶飾物中的需求量也越來越多，使得鈦鋁合金已經(jīng)成為了我們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠帧ｂ佷X合金在汽車用材上的應(yīng)用也已引起人們的關(guān)注。

目前，制備鈦鋁合金的方法主要有粉末燒結(jié)、鑄錠冶金等。這些方法都是采用純金屬鈦與金屬鋁等作為原料，但由于金屬鈦價格非常昂貴，這就使得制備鈦鋁合金的成本非常高，難以將鈦鋁合金大規(guī)模生產(chǎn)。中國專利申請(公開號CN101871055A)公開了一種生產(chǎn)鈦鋁合金的方法，以鈦的氧化物鈦白粉作為原料進(jìn)行冶煉，該方法相比傳統(tǒng)方法，降低了鈦鋁合金的生產(chǎn)成本，但是該方法存在如下缺點(diǎn)：所得的鈦鋁合金產(chǎn)品氧含量較高，雜質(zhì)含量高等。

且以目前方法獲得的鈦鋁合金強(qiáng)度和塑性作為反比存在，當(dāng)鈦鋁合金具有良好的強(qiáng)度時，其塑性較差，當(dāng)塑性好時，強(qiáng)度差，這些問題嚴(yán)重地制約了其使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)鈦鋁合金存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種鈦鋁合金的燒結(jié)工藝，獲得的鈦鋁合金具有良好強(qiáng)度和韌性。

本發(fā)明的上述目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種鈦鋁合金的燒結(jié)工藝，所述燒結(jié)工藝包括以下步驟：

S1、將原料混合，其中原料為氫化鈦、鋁粉、氫化鋯以及三氧化二硼，隨后添加PVA水溶液進(jìn)行水基球磨，球磨時間2-5h；

S2、將上述混合粉末裝入模具施加超聲波處理，隨后施以壓力成型，反復(fù)施加超聲波處理、壓力處理3-5次，得成型坯體；

S3、將上述成型坯體在高溫真空爐內(nèi)氬氣保護(hù)下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1900-2100℃，爐內(nèi)溫度達(dá)到燒結(jié)溫度后保溫?zé)Y(jié)3-5h。

本發(fā)明以氫化鈦、鋁粉、氫化鋯以及三氧化二硼作為鈦鋁合金的原料，其中鋯在鈦鋁合金中主要起固溶強(qiáng)化作用，與鋁一起還起到穩(wěn)定α相的作用，可提高合金室溫及高溫的抗拉強(qiáng)度和耐熱性能。原料中的三氧化二硼能明顯降低燒結(jié)溫度，形成液相燒結(jié)，有助于降低孔隙率，提高致密度機(jī)械性能。在球磨過程中通過添加適量的PVA水溶液，不僅僅可以起到粘結(jié)劑的作用，還可以在在一定程度上作為碳源，而且PVA作為一種極性材料，溶于水溶液，對環(huán)境污染小，易降解，并且與原材料表面具有良好的親和力，改善研磨時各原料粉體之間的相容性，促進(jìn)材料粉體互容均化。混合粉末裝入模具后，先使用超聲波處理，利用超聲波的空化效應(yīng)以去除混合粉末中的空氣，增加粉末致密度，然后再對粉末施以壓力成型，在反復(fù)施加超聲波處理、施以壓力處理3-5次下，逐漸去除粉末中的空氣，壓實(shí)粉末，使得模具內(nèi)的粉末變得緊密均勻，提高后續(xù)燒結(jié)質(zhì)量；超聲波的獨(dú)特效應(yīng)有利于合金晶粒組織的細(xì)化。

作為優(yōu)選，所述S2步驟中，每次施加超聲波的功率為500-800W、超聲30-60s，每次施加的壓力為50-100MPa、保壓30-60s。對粉末施加的壓力應(yīng)該適宜，壓力過大，模具中的粉末被緊密壓實(shí)，后續(xù)超聲波處理也很難將粉末內(nèi)的空氣排出，壓力過小，不能起到成型目的。

作為優(yōu)選，所述模具內(nèi)表面設(shè)有多孔石墨層，所述多孔石墨孔徑為0.5-10nm。鈦鋁合金在燒結(jié)過程中，各成分呈熔融狀態(tài)，在此過程中易產(chǎn)生氣體(包括氧氣)以及雜質(zhì)，對燒結(jié)質(zhì)量產(chǎn)生非常惡劣的影響，然而燒結(jié)是真空密封環(huán)境下進(jìn)行，因此很難對產(chǎn)生的氣體和雜質(zhì)進(jìn)行凈化處理。本發(fā)明在模具內(nèi)表面設(shè)置多孔石墨層，孔徑為0.5-10nm，其能有效吸附燒結(jié)過程中產(chǎn)生的氣體和雜質(zhì)，凈化鈦鋁合金，細(xì)化晶粒，提高了燒結(jié)活性，從而提高燒結(jié)密度。

作為優(yōu)選，所述原料中氫化鈦所占重量比為65-75％，鋁粉所占重量比為15-20％，氫化鋯所占重量比為5-10％以及三氧化二硼所占重量比為2-5％。