一种超细高纯度Ti2AlNb合金粉末的制备方法技术

一种超细高纯度Ti2AlNb合金粉末的制备方法，包括以下步骤：1）按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，熔炼成Ti2AlNb合金棒；2）对熔炼的Ti2AlNb合金棒进行精车加工，加工后的电极棒为：直径为10-100mm，长度为100-1000mm；3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空，向反应室充入氦气、氩气或氦氩混合气；4）PREP制粉设备的等离子枪功率为100-300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，对电极棒端部进行加热，使端部均匀熔化，雾化液滴从电极棒端部被甩出，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；5）对制得的Ti2AlNb合金粉末在惰性气体保护环境下进行筛分和包装；6）该方法制备的Ti2AlNb合金粉末具有超细、高纯度、高球形度、低含氧量的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轻质高强钛铝金属间化合物的粉末冶金制备
，具体涉及一种超细高纯度Ti2AlNb基合金粉末的制备方法。
技术介绍
Ti2AlNb是以有序正交结构O相为基础的金属间化合物合金，成分通常在T1-(18-30)Al-(12.5-30)Nb范围，并含有少量的Mo、V和Ta等合金元素。由于长程有序的超点阵结构减弱了位错运动和高温扩散，因而该合金不仅具有较高的比强度、比刚度，还有高温蠕变抗力、断裂韧性高、抗氧化性好、热膨胀系数低等特点，因此它已经成为最具潜力的新型航空航天用轻质高温结构材料。Ti2AlNb合金化程度高，在熔炼过程中易出现宏观成分偏析，在凝固过程中易出现缩孔、疏松等铸造缺陷，室温塑性低且离散度大。目前制备Ti2AlNb合金构件的主要方法为铸锭热变形+机加工的方法，锻造遗传组织分布不均匀易导致后续机加工产生裂纹。采用粉末冶金近净成形工艺能够解决铸造和变形Ti2AlNb合金宏观成分偏析和微观组织不均匀等问题，突破了铸锭尺寸和热变形设备的局限对变形Ti2AlNb合金形状及尺寸的限制，可以成型大尺寸复杂构件，且成分均匀，组织细小，致密化程度高，性能一致性好。相比于气雾化法和转移弧等离子旋转电极制粉工艺，采用非转移弧等离子旋转电极技术能够制备出超细、高纯度、高球形度、低氧含量的Ti2AlNb合金粉末，确保成型后具有优异的性能，满足航空航天服役要求。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种，针对粉末冶金近净成形能够解决传统工艺制备Ti2AlNb合金过程中的偏析、缺陷、难以加工等问题，以及当前普遍使用的制粉方法制得的合金粉末球形度、纯净度不佳，影响成型后性能的问题，本专利技术提供了一种超细、高纯度、高球形度、低氧含量Ti2，确保成型后的Ti2AlNb合金成分均勾、组织细小、性能优异，满足航空航天领域的应用要求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:一种超细高纯度Ti2，包括以下步骤: I)按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，Al: 5-20wt%，Nb: 20-50wt%，其余Ti为基体，添加0-25￥丨％的舭3&、￥、3丨、2广胃、￥合金元素，并熔炼成11241恥合金棒； 2 )对熔炼的T i 2AI Nb合金棒进行精车加工，加工后的电极棒为:直径为I O-1 OOmm，长度为lOO-lOOOmm，圆度偏差小于0.1mm，直线度偏差小于0.lmm/m，粗糙度小于1.6μηι; 3)装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至10—3-10—2Pa，向反应室充入氦气、氩气或氦氩混合气，使腔室内压力为0.0l-1MPa，气氛中氧含量小于0.1wt%; 4)PREP制粉设备的等离子枪功率为100-300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为10000-30000r/min，使端部均勾熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出，并形成细小液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中； 5)对制得的Ti2AlNb合金粉末在惰性气体保护环境下进行筛分和包装。所述的Ti2AlNb合金粉末平均粒度为50μπι-1.5mm。所述的Ti2AlNb合金粉末平均粒度小于60μπι的超细粉末。所述的步骤4)制粉过程增氧量为100-1000ppm。所述的步骤4)制粉过程增氧量小于200ppm的超低增氧量。本专利技术的有益效果在于: 使用非转移弧等离子旋转电极工艺，在超高转速条件下，能够制得超细、高纯度、高球形度、低氧含量的Ti2AlNb合金粉末，其成型件能够满足航空航天部件的应用需求。使用本方法制得的粉末进行热等静压成型及热处理，其力学性能可达到:屈服强度大于950MPa，抗拉强度大于1050MPa，断后伸长率大于15%，断面收缩率大于35%。本专利技术通过调整工艺参数可获得平均粒度为50μπι-1.5mm的Ti2AlNb合金粉末，尤其能够制得平均粒度小于60μπι的超细粉末，夹杂物小于10颗/kg，制粉过程增氧量在100-1OOOppm范围内可控，尤其能实现小于200ppm的超低增氧量;该粉末的热等静压成型件力学性能为:屈服强度大于950MPa，抗拉强度大于1050MPa，断后伸长率大于15%，断面收缩率大于 35%。添加不同合金元素对Ti2AlNb合金性能的影响，Mo:提高合金的强度、弹性模量，但会降低合金的断裂韧性;Ta:当Nb含量达到27%(at%)，用Ta代替部分Nb有利于合金组织优化，室温屈服强度和塑性均能提高;V:提高强度、蠕变抗力和室温塑性，体弹性模量降低，剪切模量增加;S1:提高蠕变性能和抗氧化性，体弹性模量降低，剪切模量增加;Zr:增加中温动力学应变时效效应;Mo、W、V:替代合金中的部分Nb，在保留合金良好的综合力学性能的同时，可进一步降低合金的密度。【附图说明】图1为本专利技术Ti2AlNb合金粉末扫描电镜照片。图2为本专利技术Ti2AlNb合金粉末能谱分析。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1 一种超细高纯度Ti2，包括以下步骤:I)按照Ti 2AlNb基合金的成分为配料，T1: 47.I wt%，Al:10.6wt%，Nb: 41.3wt%，Mo:I.0wt%，并熔炼成Ti2AlNb合金棒。2)对熔炼的Ti2AlNb合金棒进行精车加工，加工后的电极棒为:直径为95mm，长度为I OOOmrn，圆度偏差0.0 Imm，直线度偏差0.06mm/m，粗糙度0.48μπι ； 3)装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至5*10—3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.5MPa，气氛中氧含量为0.001wt%； 4)PREP制粉设备的等离子枪功率为300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为30000r/min，使端部均勾恪化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中； 5)对制得的Ti2AlNb合金粉末在惰性气体保护环境下进行筛分和包装。[00当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超细高纯度Ti2AlNb合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，Al：5‑20wt%，Nb：20‑50wt%，其余Ti为基体，添加0‑25wt%的Mo、Ta、V、Si、Zr、W、V合金元素，并熔炼成Ti2AlNb合金棒；2）对熔炼的Ti2AlNb合金棒进行精车加工，加工后的电极棒为：直径为10‑100mm，长度为100‑1000mm，圆度偏差小于0.1mm，直线度偏差小于0.1mm/m，粗糙度小于1.6μm；3）装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至10‑3‑10‑2Pa，向反应室充入氦气、氩气或氦氩混合气，使腔室内压力为0.01‑1MPa，气氛中氧含量小于0.1wt%；4）PREP制粉设备的等离子枪功率为100‑300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为10000‑30000r/min，使电极棒端部均匀熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出，形成细小液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；5）对制得的Ti2AlNb合金粉末在惰性气体保护环境下进行筛分和包装。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左振博，王庆相，韩志宇，梁书锦，张平祥，赵霄昊，相敏，闫飞，王琦，莫茗焜，
申请(专利权)人：西安欧中材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61