AlNb合金粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輕質(zhì)高強(qiáng)鈦鋁金屬間化合物的粉末冶金制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超細(xì)高純度Ti2AlNb基合金粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Ti2AlNb是以有序正交結(jié)構(gòu)O相為基礎(chǔ)的金屬間化合物合金，成分通常在T1-(18-30)Al-(12.5-30)Nb范圍，并含有少量的Mo、V和Ta等合金元素。由于長程有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)減弱了位錯運(yùn)動和高溫擴(kuò)散，因而該合金不僅具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，還有高溫蠕變抗力、斷裂韌性高、抗氧化性好、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)，因此它已經(jīng)成為最具潛力的新型航空航天用輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。
[0003]Ti2AlNb合金化程度高，在熔煉過程中易出現(xiàn)宏觀成分偏析，在凝固過程中易出現(xiàn)縮孔、疏松等鑄造缺陷，室溫塑性低且離散度大。目前制備Ti2AlNb合金構(gòu)件的主要方法為鑄錠熱變形+機(jī)加工的方法，鍛造遺傳組織分布不均勻易導(dǎo)致后續(xù)機(jī)加工產(chǎn)生裂紋。采用粉末冶金近凈成形工藝能夠解決鑄造和變形Ti2AlNb合金宏觀成分偏析和微觀組織不均勻等問題，突破了鑄錠尺寸和熱變形設(shè)備的局限對變形Ti2AlNb合金形狀及尺寸的限制，可以成型大尺寸復(fù)雜構(gòu)件，且成分均勻，組織細(xì)小，致密化程度高，性能一致性好。相比于氣霧化法和轉(zhuǎn)移弧等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉工藝，采用非轉(zhuǎn)移弧等離子旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)能夠制備出超細(xì)、高純度、高球形度、低氧含量的Ti2AlNb合金粉末，確保成型后具有優(yōu)異的性能，滿足航空航天服役要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種，針對粉末冶金近凈成形能夠解決傳統(tǒng)工藝制備Ti2AlNb合金過程中的偏析、缺陷、難以加工等問題，以及當(dāng)前普遍使用的制粉方法制得的合金粉末球形度、純凈度不佳，影響成型后性能的問題，本發(fā)明提供了一種超細(xì)、高純度、高球形度、低氧含量Ti2AlNb合金粉末的制備方法，確保成型后的Ti2AlNb合金成分均勾、組織細(xì)小、性能優(yōu)異，滿足航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用要求。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種超細(xì)高純度Ti2AlNb合金粉末的制備方法，包括以下步驟:
I)按照Ti2AlNb基合金的成分為配料，Al: 5-20wt%，Nb: 20-50wt%，其余Ti為基體，添加0-25￥丨％的舭3&、￥、3丨、2廣胃、￥合金元素，并熔煉成11241恥合金棒；
2 )對熔煉的T i 2AI Nb合金棒進(jìn)行精車加工，加工后的電極棒為:直徑為I O-1 OOmm，長度為lOO-lOOOmm，圓度偏差小于0.1mm，直線度偏差小于0.lmm/m，粗糙度小于1.6μηι;
3)裝載電極棒至反應(yīng)室中，對反應(yīng)室抽真空至10—3-10—2Pa，向反應(yīng)室充入氦氣、氬氣或氦氬混合氣，使腔室內(nèi)壓力為0.0l-1MPa，氣氛中氧含量小于0.1wt%;
4)PREP制粉設(shè)備的等離子槍功率為100-300kW，等離子炬包含鎢陰極和銅陽極，電極棒不做電極，等離子體對電極棒端部進(jìn)行加熱，電極棒轉(zhuǎn)速為10000-30000r/min，使端部均勾熔化，霧化液滴在離心力作用下從電極棒端部被甩出，并形成細(xì)小液滴，液滴在惰性氣體環(huán)境中快速冷卻成球形顆粒，落入反應(yīng)室底部收集器中；
5)對制得的Ti2AlNb合金粉末在惰性氣體保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行篩分和包裝。
[0006]所述的Ti2AlNb合金粉末平均粒度為50μπι-1.5mm。
[0007]所述的Ti2AlNb合金粉末平均粒度小于60μπι的超細(xì)粉末。
[0008]所述的步驟4)制粉過程增氧量為100-1000ppm。
[0009]所述的步驟4)制粉過程增氧量小于200ppm的超低增氧量。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:
使用非轉(zhuǎn)移弧等離子旋轉(zhuǎn)電極工藝，在超高轉(zhuǎn)速條件下，能夠制得超細(xì)、高純度、高球形度、低氧含量的Ti2AlNb合金粉末，其成型件能夠滿足航空航天部件的應(yīng)用需求。
[0011 ]使用本方法制得的粉末進(jìn)行熱等靜壓成型及熱處理，其力學(xué)性能可達(dá)到:屈服強(qiáng)度大于950MPa，抗拉強(qiáng)度大于1050MPa，斷后伸長率大于15%，斷面收縮率大于35%。
[0012]本發(fā)明通過調(diào)整工藝參數(shù)可獲得平均粒度為50μπι-1.5mm的Ti2AlNb合金粉末，尤其能夠制得平均粒度小于60μπι的超細(xì)粉末，夾雜物小于10顆/kg，制粉過程增氧量在100-1OOOppm范圍內(nèi)可控，尤其能實(shí)現(xiàn)小于200ppm的超低增氧量;該粉末的熱等靜壓成型件力學(xué)性能為:屈服強(qiáng)度大于950MPa，抗拉強(qiáng)度大于1050MPa，斷后伸長率大于15%，斷面收縮率大于 35%。
[0013]添加不同合金元素對Ti2AlNb合金性能的影響，Mo:提高合金的強(qiáng)度、彈性模量，但會降低合金的斷裂韌性;Ta:當(dāng)Nb含量達(dá)到27%(at%)，用Ta代替部分Nb有利于合金組織優(yōu)化，室溫屈服強(qiáng)度和塑性均能提高;V:提高強(qiáng)度、蠕變抗力和室溫塑性，體彈性模量降低，剪切模量增加;S1:提高蠕變性能和抗氧化性，體彈性模量降低，剪切模量增加;Zr:增加中溫動力學(xué)應(yīng)變時效效應(yīng);Mo、W、V:替代合金中的部分Nb，在保留合金良好的綜合力學(xué)性能的同時，可進(jìn)一步降低合金的密度。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明Ti2AlNb合金粉末掃描電鏡照片。
[0015]圖2為本發(fā)明Ti2AlNb合金粉末能譜分析。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]實(shí)施例1
一種超細(xì)高純度Ti2AlNb合金粉末的制備方法，包括以下步驟:
I)按照Ti 2AlNb基合金的成分為配料，T1: 47.I wt%，Al:10.6wt%，Nb: 41.3wt%，Mo:I.0wt%，并熔煉成Ti2AlNb合金棒。
[0018]2)對熔煉的Ti2AlNb合金棒進(jìn)行精車加工，加工后的電極棒為:直徑為95mm，長度為I OOOmrn，圓度偏差0.0 Imm，直線度偏差0.06mm/m，粗糙度0.48μπι ；
3)裝載電極棒至反應(yīng)室中，對反應(yīng)室抽真空至5*10—3Pa，向反應(yīng)室充入氦氣，使腔室內(nèi)壓力為0.5MPa，氣氛中氧含量為0.001wt%；
4)PREP制粉設(shè)備的等離子槍功率為300kW，等離子炬包含鎢陰極和銅陽極，電極棒不做電極，等離子體對電極棒端部進(jìn)行加熱，電極棒轉(zhuǎn)速為30000r/min，使端部均勾恪化，霧化液滴在離心力作用下從電極棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性氣體環(huán)境中快速冷卻成球形顆粒，落入反應(yīng)室底部收集器中；
5)對制得的Ti2AlNb合金粉末在惰性氣體保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行篩分和包裝。
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