[發明專利]基于高頻脈沖電流燒結制備的多孔鈦鋁合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202011243789.5
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112522538B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 陳洪勝;焦志明;段德盛;王文先;劉潤愛;楊濤
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/08;B22F9/04;B22F3/10;B22F3/11;B22F3/24
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 程小娟

1.一種基于高頻脈沖電流燒結制備多孔鈦鋁合金的方法，其特征在于，包括下述步驟：

S1，制備混合粉末

根據質量比為1:2的比例，稱取325目的鈦粉和300目的鋁粉并進行低速球磨混合，轉速為250r/min；

S2，碳酸鉀表面包覆混合粉末

①碳酸鉀顆粒潤濕：將碳酸鉀粉末倒入容器中，向其中加入乙醇，并攪拌均勻；

②過濾：將碳酸鉀顆粒從乙醇中過濾出來；

③包覆二元混合粉末：快速把過濾后得到的表面潤濕的碳酸鉀顆粒放入Ti-Al混合粉末中，使碳酸鉀顆粒表面包覆一層鈦、鋁顆粒；

④篩分：把得到的混合粉末利用細篩網篩分，除去多余的鈦粉和鋁粉，得到均勻的表面包覆二元混合粉末的碳酸鉀顆粒；

S3，燒結

利用高頻脈沖電流對混合粉末進行燒結，燒結參數為：

真空度10^-2Pa及以下；

升溫曲線，分為快速升溫和慢速升溫兩個階段，快速升溫的升溫速率為：80℃/min，升溫時間為：10min，慢速升溫的升溫速率為：25℃/min，升溫時間為：4min，最終升溫到900℃并保溫30min；

S4，打磨處理

將高頻脈沖電流燒結得到的圓盤狀試樣用粗糙度為400的碳化硅砂紙進行打磨，將試樣上下表面及圓周側面上粘附的石墨去除干凈，保持試樣表面潔凈，保證表面具有與試樣內部相連接的開放的孔洞；

S5，成孔

①將表面具有良好開放孔結構的試樣放入容器中，向容器中加入清水，保證將試樣完全浸入清水中，直至碳酸鉀在水中溶解；

②從容器中取出試樣，用清水沖洗，烘干，得到具有開放孔洞的鈦鋁多孔合金材料；

S6，熱處理

將去除碳酸鉀造孔劑的樣品放入管式加熱爐中進行熱處理，升溫速率10℃/min,時間60min，最終溫度600℃，保溫30min，使得鈦和鋁顆粒能充分進行擴散反應，得到均勻的鈦鋁二元合金。

2.根據權利要求1所述的基于高頻脈沖電流燒結制備多孔鈦鋁合金的方法，其特征在于，所述步驟S2中，碳酸鉀粉末為80目，采用80目的絲網將碳酸鉀顆粒從乙醇中過濾出來。

3.根據權利要求1所述的基于高頻脈沖電流燒結制備多孔鈦鋁合金的方法，其特征在于，所述步驟S3中，采用放電等離子燒結設備進行燒結，包括下述步驟：

①前期檢查：檢查真空泵（7）油位是否正常，冷卻系統（1）是否正常，手動壓力控制旋鈕（15）、電流手動調節旋鈕（23）是否歸零；

②開機：打開總電源開關，冷卻系統（1）的電源，按下水泵及制冷旋鈕，打開控制柜電源開關（19），打開電腦；

③打開爐腔：關閉真空表（16），打開爐門；

④組裝模具：在模具下方墊一片石墨紙，將稱量好的樣品粉末倒入模具腔體，墩實后，在上面蓋一層石墨紙，放入上壓頭，將上壓頭來回轉幾圈，使粉末在模具腔體內均勻分布；

⑤放入模具，關閉爐腔：將模具放在石墨墊塊的中央，并在模具和石墨墊塊之間墊一片石墨紙，在模具上放置另一塊石墨墊塊，要使模具上的測溫孔與爐腔上的測溫窗口的方向一致，放置好模具之后，按住雙手開關（4），壓緊石墨墊塊及模具，將熱電偶插入模具上的測溫孔，關閉爐門；

⑥抽真空：確認放氣閥處于關閉狀態并打開真空表（16），之后進行抽真空，待真空度達到10^-2Pa或更低時，進行下一步；

⑦設置控溫表，設定加熱程序：設置升溫曲線，分為慢速升溫和快速升溫兩個階段，最終升溫到900℃并在此溫度保溫30min；

⑧設置數據采集軟件：在控制電腦上打開相關軟件，記錄燒結過程中的溫度、電壓、電流等數據；

⑨燒結：設置升溫模式為自動升溫，打開燒結電源，開始自動升溫；

⑩燒結完畢，關閉真空，取出樣品：關閉燒結電源開關（20），卸載壓力，停止數據軟件采集，保存數據曲線，待降溫半小時且模具溫度低于150℃后，關閉真空并取出樣品；

?關閉儀器：關閉爐腔并進行抽真空，之后依次關閉燒結爐各部分電源。

4.根據權利要求1所述的基于高頻脈沖電流燒結制備多孔鈦鋁合金的方法，其特征在于，所述步驟S5中，還包括加熱容器，并輕微震蕩燒杯，促進碳酸鉀在水中溶解，10min后停止加熱，將試樣繼續浸泡在水中，靜置24h。

5.一種多孔鈦鋁合金，其特征在于，由權利要求1-4任一項所述的基于高頻脈沖電流燒結制備多孔鈦鋁合金的方法制備而成。