[发明专利]一种两相钛合金粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备两相钛合金粉末的制备方法。

背景技术

工业生产的钛和钛合金粉末主要有以下四种方法：①钠还原海绵钛粉。此种粉末产量大，价格便宜，粉末塑性好，宜于冷成形，是生产一般耐蚀制品的主要原料。但因其含有较高的钠和氯离子，烧结时易污染设备并使材料的焊接性能变坏。②电解钛粉。纯度较钠还原的海绵钛粉高，但电解钛粉的成形性较海绵钛粉末差。③氢化脱氢钛粉。通过氢化脱氢工艺可获得质量好、粒度细的钛粉及其合金粉末；但是批量小、价格较贵。④离心雾化钛粉。60年代美国核金属公司首先采用电弧旋转电极法制成钛的预合金粉末。粉末呈球形。这种合金粉末纯度高、成分均匀、流动性好、装填密度为理论值的65％。此种粉末只宜采用热成形，可用热等静压工艺制成形状复杂的零件。电弧旋转电极制粉工艺，由于有一电极为钨棒，粉末中的含钨量达400ppm，故容易产生钨的污染，会降低材料的疲劳性能。为消除钨的污染，又发展了以电子束或等离子体为热源的旋转电极和电弧旋转坩埚以及电子束旋转盘等多种离心雾化制粉工艺。此类粉末是制造钛粉末冶金航空零件的主要原料。这些都是制备钛金属粉末的方法，很少有方法直接生产钛合金粉末。本发明拟采用快速凝固/机械球磨法制备钛合金粉末。

快速凝固是指通过对合金熔体的快速冷却(≥10⁴～10⁶K/s)或非均质形核被遏制，使合金在很大冷却速度下，发生高生长速率(≥1～100cm/s)凝固。由于凝固过程的快冷、起始形核过冷度大，生长速率高使得固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织何结构特征。加速冷却速度何凝固速率所引起的组织及结构特征。

高能球磨是制备各种材料的常用的固态合成方法，机械合金法的大规模工业应用始于20世纪60年代。机械合金法通过按照一定配比混合纯金属并对其进行球磨得到合金粉末，其缺点是有的合金体系并不能很好的混合并发生反应，因此不能用此法制备。

发明内容

本发明根据现有技术中的不足，提供提供一种易实施，可制备颗粒外形规则，表面平整的钛合金粉末的方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种两相钛合金粉末的制备方法，包括如下步骤：

A、将钛合金的铸锭切割为块状，真空密封在衬有CaO坩埚的石英玻璃管内；

B、熔融石英玻璃管中的母合金，再快速冷却即得两相钛合金薄带；

C、将破碎后的钛合金薄带放入球磨机，球磨得到18-23μm的合金粉末，并采用惰性气体或还原性气体保护，得到钛合金粉末，并进行脱氢处理。

其中，所述的钛合金为TC6合金，为Ti₆Al_2.5Mo₂Cr_0.3Si_0.5Fe两相钛合金。

其中：所述的步骤B中，使用线切割机将母合金切割为8～10mm×3～5mm×2～4mm的块状，并利用抛光机打磨掉块体表面的氧化层。

其中：所述的步骤A中，石英玻璃管真空度为10^-3～10^-4Pa。

其中：所述的步骤B中，采用中频加热设备熔融母合金。

其中：所述的步骤B中，采用600～900A的输出振荡电流，熔融时间为20～60s，加热至1800℃～2000℃。

其中，所述的步骤B中，合金熔融完全后，向石英管中通入氩气，利用氩气压力将熔融的钛合金喷射到旋转的水冷铜辊上快速冷却。冷却时，钛合金以非常薄的一层喷射到铜辊上，可以瞬间从熔融状态冷却到室温，一般不超过1秒即可冷却。

其中，所述的步骤B中，通入氩气，使石英管内的压强为10～20kPa。

其中，所述的铜辊转速为600r/min～1000r/min。

其中，在所述的步骤B中制备钛合金薄带后，对钛合金薄带进行退火处理，退火温度为250～350℃，保温时间为0.5～1小时，然后随炉冷却至100～150℃后空冷至室温。

其中：所述的步骤C中，选用玛瑙球磨罐和磨球的球磨机，料球比为15～20∶1，球磨时间3h～5h。

其中：所述的步骤C中，脱氢处理温度为400℃～500℃。

本发明采用的制备方法是单辊快淬与机械球磨相结合的制备工艺。先通过单辊快淬快速凝固获得钛合金薄带，再对薄带进行高能球磨，退氢处理获得高性能钛合金粉末。