[发明专利]一种粉末冶金制备Ti2AlNb基合金的方法

说明书

本发明提供了一种通过粉末冶金工艺制备Ti2AlNb基合金的方法，属于钛合金制备技术领域，特征在于利用氢化脱氢法制备的合金粉末进行真空无压烧结制备Ti2AlNb基金属间化合物，包括以下步骤：将海绵钛和铝铌合金加入氢化炉进行氢化，破碎分级后加入单质铝粉，在700～900℃自蔓延扩散形成初步预合金的粉末。最后通过冷等静压成型和真空无压烧结制备高致密度的大尺寸Ti2AlNb合金锭。采用低成本的元素粉末，利用氢化脱氢，冷等静压，真空烧结制备Ti2AlNb合金材料，工艺简单，成本低廉。上述方法能够制备致密度大于98％的近全致密的Ti2AlNb合金，材料组织均匀细小，热加工性能好，适合工业化规模推广。

技术领域

本发明属于钛合金制备技术领域，涉及一种钛铝铌金属间化合物的制备方法，具体涉及一种粉末冶金制备Ti2AlNb基合金材料的方法。

背景技术

随着航空航天事业的快速发展，采用密度小、性能优异的高温结构材料已然成为国内外研究的热点。以O相为主的Ti2AlNb基合金是20世纪90年代初才开发出的一类新型金属间化合物材料，具有较高的高温屈服强度、断裂韧性、蠕变抗力，成为600～800℃温度范围内最具潜力的轻质高温结构材料。

Ti2AlNb基合金的制备方法主要为铸锭冶金(IM)和粉末冶金(PM)。但由于熔炼获得的铸造态Ti2AlNb基合金组织粗大、力学性能差，往往需经锻造开坯，随后进行多次热加工、热处理才能获得预期的组织和综合性能。而粉末冶金能够有效减少材料宏观偏析、细化晶粒，大幅度改善Ti2AlNb基合金的热加工性能，避免困难的铸锭开坯而直接进行常规锻造或轧制成型，是一种有效制备高性能Ti2AlNb基合金的工艺，目前是国内外研究的热点。

粉末冶金根据所使用粉末的特点一般分为预合金法和混合元素法。预合金法使用预合金粉末(一般为雾化法，旋转电极法制备)，采用热压烧结、热等静压烧结、放电等离子烧结等强化烧结工艺进行致密化。预合金粉的制备对设备要求高，产量低，生产成本很高。并且预合金粉粒度一般较粗(30～200m)，形貌为球形或类球形，比表面积小，烧结性能差，所以必须采用强化烧结工艺才能制备高致密度的合金材料，而这些烧结方法同样对设备要求高，成本高，并且难以制备的大尺寸的Ti2AlNb合金。而采用混合元素法制备Ti2AlNb合金时，铝和钛之间的互扩散速率差异较大产生的柯肯达尔孔洞大幅度降低材料致密度，另外铌元素在钛中扩散速度慢导致合金中存在元素偏聚，组织易产生微观偏析。基于以上特点，需要发开一种使用低成本元素粉末(如Ti粉，Al-Nb粉，Al粉等)，采用真空无压烧结工艺制备高致密度Ti2AlNb合金的方法。

发明内容

本发明解决上述问题所采用的是混合元素粉真空无压烧结制备高致密度的Ti2AlNb基合金的方法，即将海绵钛和铝铌合金进行氢化，经过球磨破碎、分级后加入单质铝粉混合。将混合粉末加热至700～900℃自蔓延扩散，同时完成脱氢过程。最后将合金化粉末冷等静压成型，真空无压烧结制备高致密度(>98％)的Ti2AlNb合金。

本发明是通过以下技术方案予以实现：

(1)氢化：将海绵钛和铝铌合金装入氢化炉中，温度加热至400～600℃，通入高纯氢气至0.05～0.3MPa进行氢化处理10～20h。其中海绵钛颗粒度0.83～25.4m，铝铌合金铌含量大于70wt％，颗粒度为

(2)破碎和分级：将氢化处理后的物料在氩气保护下进行球磨破碎，之后进行气流分级，所得粉末粒度在0～20μm之间；

(3)自蔓延扩散：加入单质铝粉混合2～10h后装入脱氢炉中，加热至700～900℃，保温10～20h，通过自蔓延扩散制备合金粉末，同时实现脱氢过程。其中铝粉粒度为0～20m；