一种钛铝合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钛铝合金粉末及其制备方法，属于粉末合成领域。制备方法包括：将一定比例的金属钛与金属铝混合后，置于溶解有低价钛卤化物的熔融卤化物中，搅拌一段时间至反应完全后，得到固态钛铝合金粉末与熔融态卤化物盐的固液混合物，再经分离过程获得钛铝合金粉末。本发明专利技术避开了传统的钛基合金粉末制备工艺中的高温、高能耗过程，利用操作简单、容易控制的歧化反应实现了成分可控且合金元素铝浓度范围宽泛、元素分布均匀的钛铝合金粉末的低成本制备。所得产品不仅可用于粉末冶金，还可以作为合金型材及3D打印用球形粉末的合成原料使用。

A titanium aluminum alloy powder and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种钛铝合金粉末及其制备方法
本专利技术涉及粉末合成领域，尤其是涉及一种钛铝合金粉末及其制备方法。
技术介绍
钛合金因具有比强度高、耐腐蚀性良好、耐热性高、生物兼容性等一系列优异的性能，而广泛应用于汽车、石油、化工、航空航天等工业领域，以及运动用品、珠宝、手机、医疗等民用领域。钛合金中常见的合金元素包括铝(Al)、镍(Ni)、钒(V)等，其中铝是钛合金的主要合金元素，得益于固溶强化作用，其对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量均有显著效果。因此，常见的钛合金(TA系列、TC系列)中，均含有一定量的铝元素。其中，TC4(Ti-6Al-V4)钛合金由于其优异的综合性能(耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物兼容性)，被看作是钛合金中的“王牌合金”，目前使用量占全部钛合金的80％以上，是名副其实的国际通用型钛合金。由于钛合金的熔点高、化学活性强，并且其性能对间隙杂质含量的敏感性较高，因此无法采用通常的耐火材料筑炉和熔炼方法。目前常用的钛合金熔炼工艺是真空自耗电弧熔炼(VAR)和电子束熔炼(EBM)。熔炼所用原料主要是海绵钛和相应的合金元素粉或合金料，同时包括一定量的返回料(切屑、边角料等)，主要是考虑物料高效利用和成本优化。实际上，以海绵钛与合金元素粉为原料进行熔炼的过程中，为了保证合金产品成分的均匀性以及较低的缺陷率，往往需要进行二次熔炼。在熔化、精炼和结晶三个过程分离的电子束冷床熔炼中，通过控制金属液在冷床的停留时间，使合金元素组分充分均匀化，在一定程度上解决了上述问题。另一方面，采用已经在一定尺度上实现元素均匀化的合金粉末或金属间化合物粉末作为原料，也是一种可行的优化途径。钛铝合金粉末的制备主要包括真空冶炼、元素粉末烧结和机械合金化三种方式。真空冶炼以成分合格的钛合金为原料，采用气雾化、旋转电极、离心雾化或液滴化的方式实现粉末的制备，该类方法能耗及成本相对较高，近年来更常用于特殊粉体(如球形粉)的制造；元素粉末烧结则是以精确配比的金属粉末为原料，通过低于熔化温度的固相反应实现合金化，虽然近些年发展起来的热等静压工艺有效地解决了固相反应中柯肯达尔效应对致密度的影响，但工艺成本仍然较高；机械合金化是采用高能球磨的方式，通过冲击、碰撞带来的破碎、冷焊接作用，实现化学成分复杂均匀、显微结构细小的合金粉末的制备，该方法可使材料组织的均匀和细化程度接近极限，但存在过程控制繁琐、潜在的杂质污染(过程控制剂)等问题。因此，新型钛铝合金粉末制备方法的开发意义重大。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种钛铝合金粉末及其制备方法，避开了传统的钛铝合金粉末制备工艺中的高温、高能耗过程，通过操作简单、容易控制的歧化反应实现了成分可控、元素分布均匀的钛铝合金粉末的低成本制备。所得产品不仅可用于粉末冶金，由于其元素分布在微米尺度上的均一性，作为合金型材及3D打印用球形粉末的合成原料使用也具有优势。本专利技术本质上是利用金属钛与低价钛离子之间的歧化反应达到平衡来实现钛铝合金粉末的合成，因此具有反应温度低的优势；此外，由于采用歧化反应的方式，对金属钛原料尺寸并无要求，大尺寸的海绵钛、钛粒、钛块等均可以使用，原料适应性更强；另外，从产物的角度来看，本专利技术所合成的钛铝合金粉末不仅同样具有元素分布均匀、纯度高等显著优势，而且合金粉末的组成范围(铝原子百分比0％～75％)也更为宽泛。本专利技术是通过以下技术方案实现的：根据本专利技术的第一方面，提供了一种钛铝合金粉末的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：制备溶解有低价钛卤化物的金属卤化物盐；步骤2：按一定比例称取金属钛与金属铝；步骤3：将步骤1所述卤化物盐在惰性气氛下升温至一定温度熔化后，将步骤2所述金属钛与金属铝置于其中，并搅拌一段时间，得到粉末与卤化物的混合物；步骤4：从步骤3所述混合物中分离出粉末，得到钛铝合金粉末产品。进一步的，所述惰性气氛包括氩气、氦气、氮气气氛中的至少一种。进一步的，所述卤化物包括氟化物、氯化物、溴化物和碘化物中的至少一种。进一步的，步骤1所述低价钛卤化物包括二价钛卤化物TiF2,、TiCl2、TiBr2、TiI2和三价钛卤化物TiF3、TiCl3、TiBr3、TiI3中的至少一种。进一步的，步骤1所述金属卤化物盐的金属包括锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡中的至少一种。进一步的，步骤2所述一定比例为1:0＜金属钛与金属铝摩尔比≤1:3。进一步的，步骤2中所述金属钛及金属铝均可使用任意尺寸原料。进一步的，步骤3所述一定温度为300℃～1000℃。进一步的，步骤3所述搅拌方式包括气流搅拌和机械搅拌中的至少一种。进一步的，步骤4所述分离方式包括高温过滤、蒸馏、水洗、酸洗中的至少一种。根据本专利技术的第二方面，提供了一种钛铝合金粉末，所述钛铝合金粉末采用如第一方面所述的制备方法制得。本专利技术的有益技术效果包括：1)产品合金粉末成分范围宽泛且稳定可控，同时实现了元素分布在微米尺度上的均匀性；2)回避了钛合金粉末传统制备工艺流程中的超高温过程(熔炼、气雾化)及长时间高真空状态，能耗显著降低；3)相较于机械合金化工艺，反应温度显著降低，流程简洁，操作简单、容易控制；4)工艺设备要求简单，成本低廉，环境友好。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术所述一种钛铝合金粉末的制备方法的整体流程图；图2为本专利技术实施例1产物Ti-Al合金粉末的X射线衍射图谱；图3为本专利技术实施例1产物Ti-Al合金粉末的粒度测试结果；图4为本专利技术实施例1产物Ti-Al合金粉末的扫描电镜照片及能谱分析结果；图5为本专利技术实施例2产物Ti-Al合金粉末的X射线衍射图谱；图6为本专利技术实施例2产物Ti-Al合金粉末的扫描电镜照片及能谱分析结果；图7为本专利技术实施例3产物Ti-Al合金粉末的扫描电镜照片及能谱分析结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。以下详细实施例是为了更好地显示以上公开的本专利技术技术的特殊功效或特征，按照众所共知的约定，本专利技术专利要保护的核心内容范围并不仅仅限于以下实施例所提供的工艺技术参数和条件。如图1所示的一种钛铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备溶解有低价钛卤化物的金属卤化物盐；所述卤化物包括氟化物、氯化物、溴化物和碘化物中的至少一种；...

【技术保护点】
1.一种钛铝合金粉末的制备方法，所述制备方法用于粉末合成领域，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤1：制备溶解有低价钛卤化物的金属卤化物盐；/n步骤2：按一定比例称取金属钛与金属铝；/n步骤3：将步骤1所述卤化物盐在惰性气氛下升温至一定温度熔化后，将步骤2所述金属钛与金属铝置于其中，并搅拌一段时间，得到粉末与卤化物的混合物；/n步骤4：从步骤3所述混合物中分离出粉末，得到钛铝合金粉末产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛铝合金粉末的制备方法，所述制备方法用于粉末合成领域，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：制备溶解有低价钛卤化物的金属卤化物盐；
步骤2：按一定比例称取金属钛与金属铝；
步骤3：将步骤1所述卤化物盐在惰性气氛下升温至一定温度熔化后，将步骤2所述金属钛与金属铝置于其中，并搅拌一段时间，得到粉末与卤化物的混合物；
步骤4：从步骤3所述混合物中分离出粉末，得到钛铝合金粉末产品。


2.根据权利要求1所述一种钛铝合金粉末的制备方法，其特征在于，所述卤化物包括氟化物、氯化物、溴化物和碘化物中的至少一种。


3.根据权利要求1-2任一项所述一种钛铝合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤1所述低价钛卤化物包括二价钛卤化物TiF2,、TiCl2、TiBr2、TiI2和三价钛卤化物TiF3、TiCl3、TiBr3、TiI3中的至少一种。


4.根据权利要求1所述一种钛铝合金粉末的制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱鸿民，
申请(专利权)人：朱鸿民，
类型：发明
国别省市：北京;11