[发明专利]一种低成本高强度Ti-Al-V-Fe合金材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本高强度Ti‑Al‑V‑Fe合金材料的制备方法，涉及由金属粉末制造制品技术领域，包括以下步骤：S1、配料：称取海绵钛粉末、钒铁粉末、纯铁粉末和纯铝粉末，混合得到合金粉末，按重量百分比计，合金粉末中铝、钒、铁的质量含量分别为1～2％、8～10％、5～6％，余量为钛元素；S2、球磨；S3、干燥；S4、烧结；S5、后处理；S6、取样检测。本发明一方面从原材料方面降低钛合金的制备成本，另一方面，能有效降低因β稳定元素因扩散缓慢造成多次熔炼的加工成本，而且有效避免了传统的冶炼铸造中产生的β斑，所制备得到的Ti‑Al‑V‑Fe合金材料力学性能优异，其中，合金材料的弹性模量、抗压强度、压缩率等性能均较为突出。

技术领域

本发明涉及由金属粉末制造制品技术领域，具体是涉及一种低成本高强度Ti-Al-V-Fe合金材料的制备方法。

背景技术

钛及钛合金由于比强度高，耐蚀性强，生物相容性好等特性，被广泛应用于生物医学，航空航天等重点领域。其中β钛中Ti-Al-V-Fe合金因强度更高，且塑性良好，在航空航天紧固件和对强度有较高要求的环境中得到广泛应用，并且已经激发了大量研究者的兴趣。

对于β钛合金而言，V，Fe，Mo，Nb等元素为β相的稳定元素，研究已经发现2％wt以上的Fe含量就极易在铸造过程中产生Fe元素的偏析，形成“β斑”，严重影响组织均匀性，降低其综合力学性能。Ti-Al-V-Fe合金通过传统的铸造技术来制备会不可避免的出现Fe元素偏析现象，需要通过多次熔炼、热变形加工以及后续热处理等方式来优化组织，防止因Fe元素偏析而造成质量达不到要求，这无疑严重增加Ti-Al-V-Fe合金的制备工序和制备成本。并且β钛稳定元素单质V价格昂贵，会进一步增加Ti-Al-V-Fe合金的制备成本。

发明内容

针对上述背景技术指出的问题，本发明提供了一种低成本高强度Ti-Al-V-Fe合金材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种低成本高强度Ti-Al-V-Fe合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料：

称取海绵钛粉末、钒铁粉末、纯铁粉末和纯铝粉末，混合得到合金粉末，按重量百分比计，合金粉末中铝、钒、铁的质量含量分别为1～2％、8～10％、5～6％，余量为钛元素；

S2、球磨：

将S1所得合金粉末在行星式球磨机中充分混合球磨，所述球磨在真空条件下进行，球磨转速为400～600r/min，球磨时间为3～5h，球磨所采用的的球料比为8～12:1；

S3、干燥：

将S2充分混合球磨后的合金粉末放置于真空干燥机中进行干燥，干燥温度为70～100℃，干燥时间为8～15h；

S4、烧结：

将S3干燥后的合金粉末放入石墨模具中，采用放电等离子烧结法(SPS)进行烧结，所述烧结的升温过程为：以100℃/min升到1000℃，再以50℃/min升到T-50℃，所述T为设定烧结温度，最后以25℃/min升到T，然后进行保温烧结，得到圆柱试样；

S5、后处理：

对S4所得圆柱试样进行清洗、干燥；

S6、取样检测：

采用线切割机取样，对S5后处理所得圆柱试样性能进行检测。

进一步地，在上述方案中，所述合金粉末中，铝、钒、铁的质量含量分别为1％、8％、5％，余量为钛元素，制备得到高强度Ti-1Al-8V-5Fe(Ti185)合金。