[发明专利]一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是钛合金领域，具体为一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法。

背景技术

钛合金通常具有高强度、高重量比、耐腐蚀的特性，并且在适度高温下抗蠕变。由于具有上述优点，钛合金常被用于航空和航天应用中，包括起落架构件、发动机机架的关键结构部件、压缩机叶片、液压系统部件和发动机舱的喷气式发动机中。

目前，航空用钛合金零部件的制造方法主要包括铸造、熔炼锻造和粉末冶金等。与粉末冶金钛合金制备技术相比，采用铸造、熔炼锻造两种方法生产钛合金，存在周期长、能耗高、材料利用率低的问题，这在一定程度上阻碍了钛材料的应用和推广。

而粉末冶金法作为一种高产量、低成本、生产近净成型部件的方法，其不仅能最大限度地减少成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织，而且均匀性和机械性能完全得到保证，能很好地控制零部件的尺寸稳定性和重复性。

然而，采用传统粉末冶金法制备钛合金时，存在如下两方面的缺陷：

1）致密度较低，由于钛的活性较大，容易吸附并形成一层致密氧化膜，导致采用传统粉末冶金法所制备钛合金的致密度仅能达到95%左右；

2）显微组织较为粗大，采用传统粉末冶金法所制备钛合金的力学性能，尤其是室温塑性非常低。

针对前述问题，迫切需要一种新的方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前采用传统粉末冶金法所制备的钛合金存在致密度较低，显微组织较为粗大的问题，提供一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法。本发明制备钛合金的致密度可达到100%，且具有晶粒尺寸细小、力学性能优异、比强度高的特点，能够满足航空、航天领域对高致密度、高性能钛合金的需求。本发明设计合理，能够有效解决前述问题，对于钛合金的制备具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法，包括如下步骤：

（1）制备钛合金混合粉末

按钛合金的配比称取各组分，将称取的组分记为原料，分别将原料、钛磨球、研磨介质放入球磨罐中，将球磨罐密封后进行湿法研磨，球磨罐的转速为100～320r/min，研磨1～10小时，然后将钛磨球分离，得到浆料，浆料经沉淀、干燥后，得到钛合金混合粉末；

（2）冷等静压成型

将步骤1得到的钛合金混合粉末装入软模后，采用冷等静压成型，得到坯料；

（3）致密体烧结

将步骤2得到的坯料进行真空烧结，烧结温度为1000℃～1350℃，保温10min~240min，冷却得到烧结样品；

（4）热等静压致密化

将步骤3得到的烧结样品进行热等静压烧结，热等静压温度为900℃～1350℃，保压0.5～180min，冷却得到致密化样品；

（5）脱模

将步骤4得到的致密化样品脱模后，即得钛合金；

所述步骤1中，原料、钛磨球、研磨介质的质量比为1～2∶4～10∶1～4；

所述步骤2中，冷等静压成型的压力为100～270MPa，时间5～60min。

所述步骤1中，球磨介质为无水乙醇。

所述钛磨球的直径为5～10mm。

所述球磨罐为不锈钢球磨罐。

所述步骤3中，冷却速率为1℃/min ~3℃/min。

所述步骤4中，冷却速率为1℃/min ~3℃/min。

针对前述问题，本发明提供一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法，其包括制备钛合金混合粉末、冷等静压成型、致密体烧结、热等静压致密化、脱模等步骤。采用本发明所制备的钛合金致密度可达100%，且晶粒尺寸细小、力学性能优异、比强度高。

本发明中，首先制备钛合金混合粉末。按钛合金的配比，称取钛粉及其它粉末，并将原料（钛粉及其它粉末）、钛磨球、研磨介质按1～2∶4～10∶1～4质量比混合后，放入不锈钢球磨罐中，将球磨罐密封好后，置入行星式球磨机上进行湿法研磨。球磨罐的转速为100～320r/min，研磨时间为1～10小时。研磨后，用100目金属网筛将钛磨球和浆料分离，并将浆料进行沉淀、干燥，得到钛合金混合粉末。然后将钛合金混合粉末依次进行冷等静压成型、致密体烧结，所得烧结样品的致密度为90%~98%。烧结样品再进行热等静压烧结，冷却得到致密化样品，致密化样品脱模后，即得钛合金。经测定，所制得的钛合金致密度可达100%，且晶粒尺寸细小、力学性能优异、比强度高。