[发明专利]一种细晶钛铝粉末成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是钛铝系金属间化合物领域，具体涉及一种细晶钛铝粉末成型方法。

背景技术

随着高性能航空武器装备的发展，对耐高温材料提出了迫切需求。钛铝系金属间化合物以其质量轻，高温性能优异等一系列优点成为了替代高温合金实现发动机减重的关键候选材料。目前，关于粉末冶金钛铝合金的研究，按制粉方法主要分为混合元素法和预合金法；按成型方法主要分为热等静压、冷等静压、温压、注射成型等。

目前，通常采用预合金粉末结合热等静压成型方法制备粉末TiAl合金构件，但为了降低生产成本，在某些粉末TiAl合金构件中采用混合元素法/预合金法结合冷等静压成型以及后续热加工处理的制备方法。但是，现有的粉末冶金法制备TiAl合金构件存在以下问题：一、湿法元素混合法在混粉过程中，由于Ti粉末本身所具有的高活性，外加湿混介质的引入，因此易使Ti粉氧化，引起粉末中氧含量增加，同时在粉末均匀化控制方面，粉末存在局部不均匀性；二、预合金法制备的钛铝粉末由于原始粉末形状和硬度等综合因素的影响，在冷等静压过程中粉末颗粒与颗粒之间的结合强度低，导致压坯成型强度低，使预合金钛铝粉末存在冷等静压成型性难的问题。专利“一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法(CN 104694774A)公开了一种高致密度细晶钛合金的热等静压制备方法，该方法采用湿法混粉、冷压、烧结的工艺来制备钛合金，并结合热等压提高合金的致密度，其不足在于所制备的粉末氧含量高、局部存在不均匀性，需要后续热等静压工序来提高合金的致密度，所以导致生产效率低，生产成本高。因此，发明一种改进的低成本细晶钛铝粉末成型方法十分必要。

发明内容

提供一种改进的细晶钛铝合金的制备方法，以实现元素钛铝粉末的均匀化制备、降低混粉过程中氧含量、解决预合金钛铝粉末冷等静压成型难等问题，同时保证粉末钛铝合金内部冶金质量和尺寸偏差的控制，最终达到改善钛铝合金性能，降低生产成本的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术解决方案如下：

细晶钛铝粉末成型方法具体包括如下工艺步骤：

(1)钛铝合金粉末的制备，制备方法为如下之一：

方法一按钛铝合金成分的配比称取各组分，其原子比为Al:Nb:Cr＝48:2:2，余量为Ti，将称取的组分记为原料，分别将原料、不锈钢球放入混料罐中，将混料罐密封后于滚抛机上进行混料，混料机转动频率为20～40HZ，混料时间为5～10h，然后用筛网将混合后的钛铝粉和钢球进行分离，得到均匀的钛铝混合粉末，原料、钢磨球的质量比为10～40:1～3；

方法二选取球形的气雾化钛铝粉末为原料，气雾化钛铝粉末的成分配比与方法一相同，分别将原料、不锈钢球放入球磨罐中，将球磨罐密封后进行干法球磨，球磨罐的转速为350r/min，球磨时间为1～12h，然后将钢球分离，得到细化均匀的钛铝合金粉末，原料、钢磨球的质量比为1～2:10～30；

(2)包套设计

按照设计的烧结样品的形状制备所需包套，包套设计为两端开口形的橡胶包套，采用天然橡胶塞进行两端密封，并通过喉结对橡胶塞和包套进行紧固；

(3)冷等静压成型

将步骤(1)所得到的钛铝粉末装入步骤(2)所设计的橡胶包套后，采用冷等静压成型方法，得到坯料，冷等静压成型的压力为250～400MPa，时间为2～120min；

(4)致密体烧结

将步骤(3)所得到的压坯进行真空烧结，真空度为1×10^-5Pa，烧结温度为1000～1450℃，烧结时间为20min～300min，升温速率为2～40℃/min，随炉冷却得到烧结样品。

所采用直径大小相间的不同配比钢球，钢球直径范围为4～15mm。

所采用的球磨罐为不锈钢罐，所采取的混料罐内胆为塑料桶，外壁为钢罐，且内胆与钢罐之间的空隙用棉花塞实，加以固定。

所述步骤(4)中，升温速率5～20℃/min，致密体烧结采用随炉冷却。

所述步骤(3)中，根据成型产品形状采用辅助工装进行冷等静成型。

本发明具有的优点和有益效果，

本发明提供了一种改进了的低成本细晶钛铝粉末成型方法，能够实现元素钛铝粉末的均匀化制备、降低混粉过程中氧含量、解决预合金钛铝粉末冷等静压成型难等问题，同时保证了粉末钛铝合金内部冶金质量和尺寸偏差控制，最终提高钛铝合金性能，降低钛铝合金生产成本，本方法简单易行，具有明显的经济性和实用性，可以应用于大部分冷等静压结构件的制备。