CN105369182B - 一种制备钛铝合金薄板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备钛铝合金薄板的方法，具体涉及一种采用热喷涂与热处理法制备钛铝合金薄板的方法，属于合金领域。本发明制备钛铝合金薄板的方法，是以纯钛薄板为基体，采用电弧喷涂，以纯铝丝为喷涂材料，同时采用气氛保护，在纯钛薄板上喷涂一定厚度的纯铝涂层，后将两块喷涂纯铝涂层的钛板通过薄板轧机结合在一起，最后通过真空扩散退火，形成钛铝合金薄板。本发明制备钛铝合金薄板的方法具有制备工艺简单，所制备的钛铝合金薄板杂质含量少，合金成分易于控制，成分较均匀，强度高，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛铝合金薄板的制备方法，具体涉及一种采用热喷涂与热处理法制备钛铝合金薄板的方法，属于合金领域。
背景技术
钛铝合金具有密度低、比强度高、刚性好，以及良好的高温力学性能、抗高温蠕变想你和抗氧化能力，是综合性能最好的高温合金，被认为是一种理想的，具有研究开发应用前景的制造航空航天用机体的机构材料，航空发动机的首选材料，除了在航空航天领域外，钛铝合金在汽车、化工、能源等领域中的应用也逐渐增加。
钛铝合金是具有广阔的市场和应用前景，非常有价值的材料。钛铝合金除了TiAl之外还有含钛多的Ti3Al以及含铝多的TiAl3。这种钛铝合金的代表化合物是Ti和Al的原子比为1：1的TiAl合金。钛铝合金的制备方法主要有：（1）粉末冶金技术；（2）快速冷凝技术；（3）铸锭冶金技术；（4）复合材料技术等。然而，目前它们的制备工艺很多是比较困难并且昂贵，特别是以一种粉末形式的制备工艺，其制备费用限制了这些材料的广泛使用。为了降低生产成本，本领域科研人员对钛铝合金的制备方法进行了改进，如：申请号为200910130982.5的专利申请，其公开了一种制备钛铝合金的方法，该方法主要步骤如下：1）配料：采用钛的氧化物钛白粉，将其热处理，然后添加铝镁粉和铝粉及还原活化剂、发热剂、经搅拌机搅拌均匀；2）将上述搅拌均匀后的物料放置到反应坩埚中，送到反应器，冶炼；3）冶炼结束后，自然冷却到常温取出。该方法相比传统方法，虽然降低了钛铝合金的生产成本，但是该方法存在如下缺点：所得的钛铝合金产品氧含量较高，杂质含量高等。因而采用一种工艺简单，成本低廉，合金杂质含量少，成份均匀，性能优异的制备钛铝合金的方法具有重要的实际意义。该问题的解决对钛铝合金的应用于研究具有重大意义。
发明内容
本发明解决的目的是提供一种制备钛铝合金薄板的方法，该制备方法工艺简单，制备费用低廉，具体包括以下步骤：
（1）对纯钛板进行表面除油和清灰，然后进行表面粗化处理，使得钛板表面粗糙化；
（2）以纯钛薄板为基体，以纯铝丝为喷涂材料，采用电弧喷涂，在纯钛薄板上喷涂纯铝涂层（可以通过一次或多次喷涂），同时采用惰性气体进行保护，以防止铝和钛的氧化；
（3）将两块以上喷涂纯铝涂层的钛板顺序叠放在一起（如图2所示）后通过薄板轧机结合在一起；
（4）将步骤（3）得到的钛板在真空炉内进行真空扩散退火，即得到钛铝合金薄板。
优选的，本发明步骤（1）所述表面粗化处理采用40~80目刚玉砂，获得不同粗糙度的钛板基体，使得表面洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能。
优选的，本发明所述纯钛薄板厚度为0.5mm~2mm，钛含量≥99.5%；纯铝丝直径为2.0mm，铝含量≥99.6%。纯铝涂层的厚度为0.25mm~1mm。
优选的，本发明所述惰性气体为氦气或者氩气，纯度≥99.9%。
优选的，本发明所述电弧喷涂的工作气体为氩气，纯度≥99.9%。
优选的，本发明所述电弧喷涂的电流为100~120A，电压为30~40V。
优选的，本发明真空扩散退火，扩散退火的温度为400℃~600℃，保温时间为15h~25h。
本发明方法不仅适用于钛铝合金薄板的制备，同样适用于其它合金薄板的制备，对于较活泼的金属如钛、铝、镁、锌等，它们在真空热处理时相互之间能够发生较强的互扩散，易形成金属间化合物如镁铝合金、锌铝合金等，均适用于本发明所述方法。
本发明的有益效果：本发明首次采用热喷涂技术与热处理技术相结合制备钛铝合金，制备工艺简单，所制备的钛铝合金杂质含量少，合金成分易于控制，成分较均匀，强度高，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
附图说明
图1为制备钛铝合金的流程图；
图2为喷涂有纯铝涂层的钛板的叠放次序。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
取厚度为0.5mm，长为30mm，宽为15mm的纯钛薄板2块，首先进行表面除油和清灰，再对钛板采用40目刚玉砂，0.4MPa气压进行喷砂处理，使其表面粗化，洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能；超声波清洗后采用电弧喷涂在纯钛板上喷涂厚度为0.25m的纯铝涂层，同时采用纯氩气进行气氛保护，电弧喷涂的工作电流为100A，电压为30V；再将两块喷涂了纯铝涂层的钛板按照相同次序叠放在一起，通过薄板轧机将它们机械的结合在一起，再放入真空炉内，进行真空扩散退火，真空扩散退火的真空度为1×10-5mbar，热处理温度为400℃，保温时间为25h，后取出即得。
本实施例制备得到的钛铝合金薄板的室温抗拉强度为620MPa，屈服强度为380MPa，伸长率为8.7%；成分均匀，杂质含量少，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
实施例2
取厚度为0.5mm，长为30mm，宽为15mm的纯钛薄板2块，首先进行表面除油和清灰，再对钛板采用40目刚玉砂，0.4MPa气压进行喷砂处理，使其表面粗化，洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能。超声波清洗后采用电弧喷涂在纯钛板上喷涂厚度为0.25mm的纯铝涂层，同时采用纯氩气进行气氛保护，电弧喷涂的工作电流为110A，电压为35V。再将两块喷涂了纯铝涂层的钛板按照相同次序叠放在一起，通过薄板轧机将它们机械的结合在一起，再放入真空炉内，进行真空扩散退火，真空扩散退火的真空度为1×10-5mbar，热处理温度为500℃，保温时间为20h，后取出即得。
本实施例制备得到的钛铝合金薄板的室温抗拉强度为680MPa，屈服强度为420MPa，伸长率为9.1%；成分均匀，杂质含量少，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
实施例3
取厚度为0.5mm，长为30mm，宽为15mm的纯钛薄板2块，首先进行表面除油和清灰，再对钛板采用40目刚玉砂，0.4MPa气压进行喷砂处理，使其表面粗化，洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能。超声波清洗后采用电弧喷涂在纯钛板上喷涂厚度为0.25mm的纯铝涂层，同时采用纯氩气进行气氛保护，电弧喷涂的工作电流为120A，电压为40V。再将两块喷涂了纯铝涂层的钛板按照相同次序叠放在一起，通过薄板轧机将它们机械的结合在一起，再放入真空炉内，进行真空扩散退火，真空扩散退火的真空度为1×10-5mbar，热处理温度为600℃，保温时间为15h，后取出即得。
本实施例制备得到的钛铝合金薄板的室温抗拉强度为640MPa，屈服强度为360MPa，伸长率为8.7%；成分均匀，杂质含量少，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
实施例4
取厚度为1mm，长为30mm，宽为15mm的纯钛薄板2块，首先进行表面除油和清灰，再对钛板采用60目刚玉砂，0.4MPa气压进行喷砂处理，使其表面粗化，洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能。超声波清洗后采用电弧喷涂在纯钛板上喷涂厚度为0.5mm的纯铝涂层，同时采用纯氩气进行气氛保护，电弧喷涂的工作电流为100A，电压为30V。再将两块喷涂了纯铝涂层的钛板按照相同次序叠放在一起，通过薄板轧机将它们机械的结合在一起，再放入真空炉内，进行真空扩散退火，真空扩散退火的真空度为1×10-5mbar，热处理温度为400℃，保温时间为25h，后取出即得。
本实施例制备得到的钛铝合金薄板的室温抗拉强度为780MPa，屈服强度为520MPa，伸长率为5.2%；成分较均匀，杂质含量少，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
实施例5
取厚度为1mm，长为30mm，宽为15mm的纯钛薄板2块，首先进行表面除油和清灰，再对钛板采用60目刚玉砂，0.4MPa气压进行喷砂处理，使其表面粗化，洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能。超声波清洗后采用电弧喷涂在纯钛板上喷涂厚度为0.5mm的纯铝涂层，同时采用纯氩气进行气氛保护，电弧喷涂的工作电流为110A，电压为35V。再将两块喷涂了纯铝涂层的钛板按照相同次序叠放在一起，通过薄板轧机将它们机械的结合在一起，再放入真空炉内，进行真空扩散退火，真空扩散退火的真空度为1×10-5mbar，热处理温度为500℃，保温时间为20h，后取出即得。
本实施例制备得到的钛铝合金薄板的室温抗拉强度为750MPa，屈服强度为480MPa，伸长率为5.8%；成分较均匀，杂质含量少，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
实施例6
取厚度为1mm，长为30mm，宽为15mm的纯钛薄板2块，首先进行表面除油和清灰，再对钛板采用60目刚玉砂，0.4MPa气压进行喷砂处理，使其表面粗化，洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能。超声波清洗后采用电弧喷涂在纯钛板上喷涂厚度为0.5mm的纯铝涂层，同时采用纯氩气进行气氛保护，电弧喷涂的工作电流为120A，电压为40V。再将两块喷涂了纯铝涂层的钛板按照相同次序叠放在一起，通过薄板轧机将它们机械的结合在一起，再放入真空炉内，进行真空扩散退火，真空扩散退火的真空度为1×10-5mbar，热处理温度为600℃，保温时间为15h，后取出即得。
本实施例制备得到的钛铝合金薄板的室温抗拉强度为790MPa，屈服强度为500MPa，伸长率为5.9%；成分较均匀，杂质含量少，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
实施例7
取厚度为2mm，长为30mm，宽为15mm的纯钛薄板2块，首先进行表面除油和清灰，再对钛板采用80目刚玉砂，0.4MPa气压进行喷砂处理，使其表面粗化，洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能。超声波清洗后采用电弧喷涂在纯钛板上喷涂厚度为1mm的纯铝涂层，同时采用纯氩气进行气氛保护，电弧喷涂的工作电流为100A，电压为30V。再将两块喷涂了纯铝涂层的钛板按照相同次序叠放在一起，通过薄板轧机将它们机械的结合在一起，再放入真空炉内，进行真空扩散退火，真空扩散退火的真空度为1×10-5mbar，热处理温度为400℃，保温时间为25h，后取出即得。
本实施例制备得到的钛铝合金薄板的室温抗拉强度为830MPa，屈服强度为680MPa，伸长率为4.2%；成分较均匀，杂质含量少，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
实施例8
取厚度为2mm，长为30mm，宽为15mm的纯钛薄板2块，首先进行表面除油和清灰，再对钛板采用80目刚玉砂，0.4MPa气压进行喷砂处理，使其表面粗化，洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能。超声波清洗后采用电弧喷涂在纯钛板上喷涂厚度为1mm的纯铝涂层，同时采用纯氩气进行气氛保护，电弧喷涂的工作电流为110A，电压为35V。再将两块喷涂了纯铝涂层的钛板按照相同次序叠放在一起，通过薄板轧机将它们机械的结合在一起，再放入真空炉内，进行真空扩散退火，真空扩散退火的真空度为1×10-5mbar，热处理温度为500℃，保温时间为20h，后取出即得。
本实施例制备得到的钛铝合金薄板的室温抗拉强度为870MPa，屈服强度为660MPa，伸长率为4.8%；成分较均匀，杂质含量少，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
实施例9
取厚度为2mm，长为30mm，宽为15mm的纯钛薄板2块，首先进行表面除油和清灰，再对钛板采用80目刚玉砂，0.4MPa气压进行喷砂处理，使其表面粗化，洁净化，在喷涂过程中提高涂层与基体的粘结性能；超声波清洗后采用电弧喷涂在纯钛板上喷涂厚度为1mm的纯铝涂层，同时采用纯氩气进行气氛保护，电弧喷涂的工作电流为120A，电压为40V。再将两块喷涂了纯铝涂层的钛板按照相同次序叠放在一起，通过薄板轧机将它们机械的结合在一起，再放入真空炉内，进行真空扩散退火，真空扩散退火的真空度为1×10-5mbar，热处理温度为600℃，保温时间为15h，后取出即得。
本实施例制备得到的钛铝合金薄板的室温抗拉强度为830MPa，屈服强度为590MPa，伸长率为4.3%；成分较均匀，杂质含量少，抗氧化性能优异，抗蠕变性能强等特点。
上述仅为本发明的实施例，并不因此将本发明限制在所述的实施方式范围之中，凡是采用本发明说明书内容所述的等效结构或者等效流程变换，或者是直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种钛铝合金薄板的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）对纯钛薄板进行表面除油和清灰，然后进行表面粗化处理；
（2）以纯钛薄板为基体，以纯铝丝为喷涂材料，采用电弧喷涂，在纯钛薄板上喷涂纯铝涂层，同时采用惰性气体进行保护；
（3）将两块以上喷涂纯铝涂层的钛板顺序叠放在一起后通过薄板轧机结合在一起；
（4）将步骤（3）得到的钛板在真空炉内进行真空扩散退火，即得到钛铝合金薄板。
2.根据权利要求1所述的钛铝合金薄板的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述表面粗化处理采用40~80目刚玉砂。
3.根据权利要求1所述的钛铝合金薄板的制备方法，其特征在于：所述纯钛薄板厚度为0.5mm~2mm，钛含量≥99.5%；纯铝丝直径为1.2mm~2.0mm，铝含量≥99.6%。
4.根据权利要求1所述的钛铝合金薄板的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氦气或者氩气，纯度≥99.9%。
5.根据权利要求1所述的钛铝合金薄板的制备方法，其特征在于：所述电弧喷涂的工作气体为氩气，纯度≥99.9%。
6.根据权利要求1所述的钛铝合金薄板的制备方法，其特征在于：所述电弧喷涂的电流为100~120A，电压为30~40V。
7.根据权利要求1所述的钛铝合金薄板的制备方法，其特征在于：真空扩散退火：扩散退火的温度为400℃~600℃，保温时间为15h~25h。
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