CN101734921A - 一种Ti2AlN可加工材料及其制备方法 - Google Patents

一种Ti2AlN可加工材料及其制备方法 Download PDF

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朱建锋
林营
周勇
王芬
杨海波
白明敏
齐国权
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Abstract

一种Ti2AlN可加工材料及其制备方法，首先按质量百分比将78-55.89％的Ti粉，22-44.11％的Al粉充分混合，然后在混合物中加入混合物质量0.5-1％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，形成非晶化的TiAlN粉体，然后对该粉体进行热压烧结，在较低的温度和压力下合成了高纯度Ti2AlN，该工艺方法简单，易于产业化，而且制造成本低。

Description

一种Ti2AlN可加工材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料科学技术领域，特别涉及一种Ti2AlN可加工材料及其制备方法。
背景技术
层状可加工材料Ti2AlN具有低密度、高弹性模量、良好的可加工特性、优异的抗热震性以及高韧性。目前该材料主要用在各种保护涂层方面，块体材料很少，这主要因为该材料难以合成。比如有人(M.W.Barsoum，M.Ali，T.El-Raghy，Metall.Mater.Trans.A 31A(2000)1857)利用Ti、Al4C3、石墨为原料，在1400℃保温40小时合成Ti2AlN，但合成的Ti2AlN中存在大量杂质，沈阳金属所(Z.J.Lin et al./Scripta Materialia 56(2007)1115-1118)利用TiN、Ti和Al在1400热压烧结1小时制得了纯度较高的Ti2AlN材料，但该工艺温度较高，压力较大，难以低成本、大规模生产。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种Ti2AlN可加工材料及其制备方法，通过在N2下高能球磨形成非晶化的TiAlN粉体，然后对该粉体进行热压烧结，在较低的温度和压力下合成了高纯度Ti2AlN，该工艺方法简单，易于产业化，而且制造成本低。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种Ti2AlN可加工材料，其原料的重量组成成分为：Ti：55.89-78％，Al：22-44.11％。
一种Ti2AlN可加工材料的制备方法，步骤如下：
一、首先按质量百分比将250-325目的78-55.89％的Ti粉，100-200目的22-44.11％的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量0.5-1％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为500-800转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨40-60小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在50-80℃下干燥4-5小时；
四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气、真空或氮气条件下以900-1200℃，10-30MPa的压力热压烧结1-2小时即可得到Ti2AlN可加工材料。
本发明利用Ti粉、Al粉以及少量添加剂经高能球磨非晶化后，原位反应生成超细化甚至纳米化Ti2AlN材料，烧成温度低，压力小，纯度高，制备成本较低，拓宽了该复合材料的制备工艺。
附图说明
图1是实施例一高能球磨过程的XRD分析结果图。
图2是实施例一为1100℃烧结试样的XRD分析结果图。
具体实施方式
实施例一
一种Ti2AlN可加工材料，其原料组成为：325目的Ti粉占总重量的78％、200目的Al粉占22％。
本实施例的制造方法，包括以下步骤：
一、将占总重量78％的325目的Ti粉和22％的200目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量1.0％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为500转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨40小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在50℃下干燥5小时；
四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1100℃，10MPa的压力热压烧结1.5小时即可得到Ti2AlN可加工材料。
本实施例其高能球磨及热压烧结所得材料的物相分析结果如图1和图2所示，图1为高能球磨过程的XRD分析结果图，可以看出随着球磨时间的延长，合成了非晶化的TiAlN粉体，其中纵坐标为衍射峰强度，横坐标为衍射角，单位为度；图2为1100℃烧结试样的XRD分析结果图，由图可以看出，该材料主要物相为Ti2AlN，含有少量Ti2AlN相，其中纵坐标为衍射峰强度，横坐标为衍射角，单位为度。
实施例二
一种Ti2AlN可加工材料，其原料组成为：270目的Ti粉占总重量的61.73％、200目的Al粉占38.27％。
本实施例的制造方法，包括以下步骤：
一、将占总重量61.73％的270目的Ti粉和38.27％的200目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量0.6％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为600转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨45小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在60℃下干燥4.5小时；
四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1000℃，15MPa的压力热压烧结1小时即可得到Ti2AlN可加工材料。
实施例三
一种Ti2AlN可加工材料，其原料组成为：325目的Ti粉占总重量的59.65％、100目的Al粉占40.35％。
本实施例的制造方法，包括以下步骤：
一、将占总重量59.65％的325目的Ti粉和40.35％的100目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量0.7％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为700转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨50小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在80℃下干燥4小时；
四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1200℃，20MPa的压力热压烧结1小时即可得到Ti2AlN可加工材料。
实施例四
一种Ti2AlN可加工材料，其原料组成为：230目的Ti粉占总重量的57.71％、140目的Al粉占42.29％。
本实施例的制造方法，包括以下步骤：
一、将占总重量57.71％的230目的Ti粉和42.29％的140目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量0.8％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为800转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨40小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在50℃下干燥5小时；
四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1250℃，10MPa的压力热压烧结1小时即可得到Ti2AlN可加工材料。
实施例五
一种Ti2AlN可加工材料，其原料组成为：250目的Ti粉占总重量的55.89％、100目的Al粉占44.10％。
本实施例的制造方法，包括以下步骤：
一、将占总重量55.89％的250目的Ti粉和44.10％的100目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量0.9％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为700转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨50小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在70℃下干燥4小时；
四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1150℃，20MPa的压力热压烧结1小时即可得到Ti2AlN可加工材料。

Claims (8)

1.一种Ti2AlN可加工材料，其特征在于，其原料的重量组成成分为：Ti：55.89-78％，Al：22-44.11％。
2.根据权利要求1所述的一种Ti2AlN可加工材料，其特征在于，其原料的重量组成成分为：325目的Ti粉占总重量的78％、200目的Al粉占22％。
3.根据权利要求1所述的一种Ti2AlN可加工材料，其特征在于，其原料的重量组成成分为：270目的Ti粉占总重量的61.73％、200目的Al粉占38.27％。
4.根据权利要求1所述的一种Ti2AlN可加工材料，其特征在于，其原料的重量组成成分为：250目的Ti粉占总重量的55.89％、100目的Al粉占44.10％。
5.一种Ti2AlN可加工材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
一、首先按质量百分比将250-325目的78-55.89％的Ti粉，100-200目的22-44.11％的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量0.5-1％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为500-800转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨40-60小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在50-80℃下干燥4-5小时；
四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空或氮气条件下以900-1200℃，10-30MPa的压力热压烧结1-2小时即可得到Ti2AlN可加工材料。
6.根据权利要求5所述的一种Ti2AlN可加工材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
一、将占总重量78％的325目的Ti粉和22％的200目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量1.0％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为500转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨40小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在50℃下干燥5小时；
四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1100℃，10MPa的压力热压烧结1.5小时即可得到Ti2AlN可加工材料。
7.根据权利要求5所述的一种Ti2AlN可加工材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
一、将占总重量61.73％的270目的Ti粉和38.27％的200目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量0.6％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为600转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨45小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在60℃下干燥4.5小时；
四、将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1000℃，15MPa的压力热压烧结1小时即可得到Ti2AlN可加工材料。
8.根据权利要求5所述的一种Ti2AlN可加工材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
一、将占总重量55.89％的250目的Ti粉和44.10％的100目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物质量0.9％的硬脂酸钠分散剂，在氮气保护下进行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨机的转速为700转每分钟，料球质量比为1∶10，球磨50小时，形成主晶相为TiAlN的非晶粉体；
三、将上述合金化非晶粉体在70℃下干燥4小时；
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