[发明专利]一种短流程制备高铌钛铝合金球形微粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末制备技术领域，特别是提供了一种短流程制备高铌钛铝合金球形微粉的方法。

技术背景

TiAl基合金具有较低的密度，在高温下具有较高的强度和良好的抗氧化性和抗蠕变性，因此成为新一代最具潜质的轻质高温合金，在航空航天、汽车工业、体育用品、环境保护等诸多技术领域具有广阔应用前景。而高铌钛铝合金与传统的钛铝基合金相比，除了保留了低密度的优良性能外，大幅度提高了合金的使用温度和高温强度，已成为国际公认的高温TiAl合金的主要发展方向。但是高Nb-TiAl基材料目前工业化应用的最大障碍仍然是普遍存在的室温延性低、塑性加工困难等问题，尤其大量高熔点Nb的加入，也进一步增加了材料的制备成本及难度。针对该问题，粉末冶金制备工艺则具有独特优势，它不仅可以获得均匀细晶组织，而且可以直接制备出具有或接近最终形状的零件，因此成为解决高Nb-TiAl基合金发展瓶颈的有效途径之一。

高质量的原料粉末是发展粉末冶金TiAl基合金的基础。近年来，随着粉末注射成形、微注射成形、金属快速成形、凝胶注模成形等新型粉末冶金技术及热喷涂等技术的高速发展，对粉体材料的性能特征提出了更加苛刻的要求。因此，制备出微细、粒度形貌可控、高纯度、低成本的TiAl基合金粉末对材料的开发和应用至关重要。目前，有关高Nb-TiAl基合金粉末的制备工艺报道仍然较少，文献1（航空材料学报，2007，27(5)：34）报道，采用无坩埚感应加热连续惰性气体雾化工艺制备出高Nb-TiAl合金粉末，但粉末粒度大（平均粒度一般在100～150μm以上），分布范围宽泛；中国发明专利2（ZL 201010192205.6）公开了一种微细球形TiAl基合金粉末的制备方法，以高纯铝和海绵钛为主要原料，熔炼成合金铸锭，然后经粗破碎、涡流气流磨研磨制成不规则微细合金粉末，最后经射频（RF）等离子体球化处理后制备出微细球形钛铝基合金粉，该方法制备工艺流程较为复杂，制备成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高铌钛铝合金球形微粉的制备方法，实现短流程、低成本制备高性能高钛铝合金球形微粉，以满足粉末注射成形、凝胶注模成形及热喷涂等工艺需求。

本发明以TiH₂、Al、NbAl中间合金三种金属粉末为主要原料，将混合粉末进行高能球磨及热处理，最后经射频（RF）等离子体球化处理后制备出高铌钛铝合金球形微粉。

具体工艺流程和参数如下：

1、以TiH₂粉、Al粉和NbAl中间合金粉为主要原料，其特征为：各原料粉末粒度均为40~600μm；其中NbAl中间合金粉末中Nb原子百分比含量为25~80％；混合粉末成分配比为Al原子百分含量为 43~49％，Nb原子百分含量为5~10％，余量为Ti和其他微量合金元素。

2、将原料混合粉末进行高能球磨，球磨过程在惰性气体保护下进行，球料比1~50:1，转速200～1500r/min，球磨时间为0.5~50h。通过调整工艺参数可以得到平均粒度在2～20μm，粒度可控且成分均匀分布的复合粉末。

3、将球磨粉末进行热处理，以实现球磨复合粉末的脱氢及合金化。热处理在真空度≤10^-1Pa的真空条件或惰性气体保护下进行，脱氢温度为400~700℃，保温时间为0.5~10h，扩散温度800~1200℃，保温时间0.5~10h，升温速度≤50℃/min，保温后随炉冷却至室温。通过调整热处理工艺参数可以在实现颗粒合金化的同时，防止粉末颗粒间发生过分固结长大，而保持球磨粉末的粒度特征。

4、对于部分热处理后出现固结的粉末进行研磨打散，将得到的不规则合金粉末进行射频等离子球化处理。将细粉装入料筒，设置好球化参数及分级参数后进行球化即可得到球形度高、流动性好、粒度均匀的球形粉末。射频等离子球化处理工艺参数设定如下，功率20~60KW，氩气工作气流量15~35slpm，氩气保护气流量120~200slpm，粉末携带气流量2~8slpm，送粉速率15~60g/min，系统负压60~200mm汞柱。所制备合金微细球粉的平均粒度小于30μm。

本发明的特点在于：

（1）此工艺缩短了高铌钛铝合金粉末制备工艺流程，提高了生产效率，节约能源，降低了生产成本。

（2）根据不同的性能需要，可灵活添加各种微量合金元素。