CN110369734A - 一种钛铝合金粉末的制备方法 - Google Patents

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梁永仁
冯基伟
丁辉
吴引江
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Abstract

本发明公开了一种钛铝合金粉末的制备方法，具体按照以下步骤：先按照质量百分比分别称取氢化钛粉56％～61％、铝粉35％～40％/铌粉3％～6％、NiV40粉2％～5％，再将称好的混合粉末装入混料机中，在氩气保护下混和3h～6h，得到混料；将混料在压力为4kg/cm2～10kg/cm2的条件下压制成方坯；将方坯装入气氛保护炉中进行合成反应，保温时间为120min～180min，得到多孔状合金料块；先将多孔状合金料块进行粗破碎后，送入气流破碎机进行细粉碎得到初级粉末，控制气流破碎转速在1500r/min～2600r/min，再将初级粉末过筛分级得到钛铝合金粉末。得到的钛铝合金粉末性能一致性好，成分均匀。

Description

一种钛铝合金粉末的制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种钛铝合金粉末的制备方法。
背景技术
钛铝合金的密度仅为镍基高温合金的1/2左右，而高温力学性能却与之相近，因此是一种很有应用前景的高温结构材料。作为结构材料使用的TiAl 系金属间化合物主要有三种：Ti3Al、TiAl和TiAl3，其中综合性能最好的是 TiAl合金，完全可替代700-990℃上使用的镍基高温合金，可以使航空发动机构件重量减轻约1/2，因而引起广泛重视，具有极大的发展潜力。
目前制备钛铝合金粉末的方法有惰性气体雾化法、等离子旋转电极雾化法。惰性气体雾化法制备粉末须经过过高温熔炼将海绵钛与铝块在气氛保护下熔成液体，随后高压气体雾化破碎为粉末，这种工艺制备的钛铝合金粉末形貌接近球型，粉末粒度偏粗，成分偏析严重，生产成本高。等离子旋转电极雾化法则先要制备合金棒材，棒材是由高温熔炼的铸锭经挤压成型得到，且对棒材表面光洁度有较高要求，由于加工工序环节多，成本很高。另外，由于等离子旋转电极转速和合金棒材密度等原因，只适合制备较粗粒度的钛铝合金粉末。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛铝合金粉末的制备方法，解决了现有制备方法得到钛铝合金粉末成分偏析严重的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种钛铝合金粉末的制备方法，具体按照以下步骤：
步骤1、先按照质量百分比分别称取氢化钛粉56％～61％、铝粉35％～40％/ 铌粉3％～6％、NiV40粉2％～5％，再将称好的混合粉末装入混料机中，在氩气保护下混和3h～6h，得到混料；
氢化钛粉的粒度为30um～90um，铝粉的粒度为30um～90um，铌粉的粒度为15um～60um，NiV40粉30um～90um；
步骤2、将步骤1得到的混料在压力为4kg/cm2～10kg/cm2的条件下压制成方坯；
步骤3、将经步骤2得到的方坯装入气氛保护炉中进行合成反应，保温时间为120min～180min，得到多孔状合金料块；
步骤4、先将经步骤3得到的多孔状合金料块进行粗破碎后，送入气流破碎机进行细粉碎得到初级粉末，控制气流破碎转速在 1500r/min～2600r/min，再将初级粉末过筛分级得到钛铝合金粉末。
本发明的特点还在于，
氢化钛粉和铝粉的纯度均大于99.5％。
步骤3中，合成反应的温度为450℃～1350℃
步骤4中，粗破碎采用的方式为颚式。
本发明的有益效果是：本发明的制备方法，不仅能保证氢化钛分解，达到脱氢的目的，还能获得充分合金化的钛铝合金粉末；本发明的制备方法，得到的钛铝合金粉末中氧、氮含量稳定，避免钛铝合金粉末与空气中的氧及氮的反应而影响其使用性能；本发明的制备方法，得到的钛铝合金粉末性能一致性好，成分均匀；本发明的制备方法，粒度与粒度分布可以依据使用要求调整气流破碎设备的转速有效控制；本发明的制备方法，生产工序少，成本低，产品收率高，适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种钛铝合金粉末的制备方法，具体按照以下步骤：
步骤1、先按照质量百分比分别称取氢化钛粉56％～61％、铝粉35％～40％/ 铌粉3％～6％、NiV40粉2％～5％，再将称好的混合粉末装入混料机中，在氩气保护下混和3h～6h，得到混料；
在配料中加入铌粉，当形成合金后铌元素具有超强的细化晶粒作用和相稳定作用；加入NiV合金粉末，镍元素和钒元素可显著降低合金相变点、增加淬透性，从而增强热处理强化效果，在高温下具有良好的组织稳定性。
氢化钛粉和铝粉的纯度均大于99.5％；
氢化钛粉的粒度为30um～90um，铝粉的粒度为30um～90um，，铌粉的粒度为15um～60um，NiV40粉30um～90um。
步骤2、将步骤1得到的混料在压力为4kg/cm2～10kg/cm2的条件下压制成方坯。
步骤3、将经步骤2得到的方坯装入气氛保护炉中进行合成反应，合成反应的温度为450℃～1350℃，保温时间为120min～180min，得到多孔状合金料块。
步骤4、先采用颚式破碎方式对经步骤3得到的多孔状合金料块进行粗破碎后，送入气流破碎机进行细粉碎得到初级粉末，控制气流破碎转速在 1500r/min～2600r/min，再将初级粉末过筛分级得到钛铝合金粉末。
实施例1
步骤1、先按照质量百分比分别称取氢化钛粉56％、铝粉40％、铌粉2％、NiV40粉2％，再将称好的混合粉末装入混料机中，在氩气保护下混和4h，得到混料；
氢化钛粉的粒度为30um，铝粉的粒度为30um，铌粉的粒度为15um， NiV40粉30um。
步骤2、将步骤1得到的混料在压力为9kg/cm2的条件下压制成方坯。
步骤3、将经步骤2得到的方坯装入气氛保护炉中进行合成反应，合成反应的温度为1130℃，保温时间为120min，得到多孔状合金料块。
步骤4、先采用颚式破碎方式对经步骤3得到的多孔状合金料块进行粗破碎后，送入气流破碎机进行细粉碎得到初级粉末，控制气流破碎转速在 2500r/min，再将初级粉末过筛分级得到钛铝合金粉末。
经检测，本发明的制备方法得到的钛铝合金粉末中粉末粒度为45um的钛铝合金粉末占95％以上，氧含量0.16wt％，氢含量0.014wt％，氮含量 0.015wt％。
实施例2
步骤1、先按照质量百分比分别称取氢化钛粉61％、铝粉35％、铌粉2％、 NiV40粉2％，再将称好的混合粉末装入混料机中，在氩气保护下混和5h，得到混料；
氢化钛粉的粒度为90um，铝粉的粒度为90um，铌粉的粒度为15um， NiV40粉30um。
步骤2、将步骤1得到的混料在压力为6kg/cm2的条件下压制成方坯。
步骤3、将经步骤2得到的方坯装入气氛保护炉中进行合成反应，合成反应的温度为1300℃，保温时间为150min，得到多孔状合金料块。
步骤4、先采用颚式破碎方式对经步骤3得到的多孔状合金料块进行粗破碎后，送入气流破碎机进行细粉碎得到初级粉末，控制气流破碎转速在 1600r/min，再将初级粉末过筛分级得到钛铝合金粉末。
经检测，本发明的制备方法得到的钛铝合金粉末中粉末粒度为120um的钛铝合金粉末占95％以上，氧含量0.13wt％，氢含量0.015wt％，氮含量 0.012wt％。
实施例3
步骤1、先按照质量百分比分别称取氢化钛粉57％、铝粉36％、铌粉5％、 NiV40粉2％，再将称好的混合粉末装入混料机中，在氩气保护下混和4h，得到混料；
氢化钛粉的粒度为70um，铝粉的粒度为70um，铌粉45um，NiV40粉 45um。
步骤2、将步骤1得到的混料在压力为8kg/cm2的条件下压制成方坯。
步骤3、将经步骤2得到的方坯装入气氛保护炉中进行合成反应，合成反应的温度为1250℃，保温时间为130min，得到多孔状合金料块。
步骤4、先采用颚式破碎方式对经步骤3得到的多孔状合金料块进行粗破碎后，送入气流破碎机进行细粉碎得到初级粉末，控制气流破碎转速在 2200r/min，再将初级粉末过筛分级得到钛铝合金粉末。
经检测，本发明的制备方法得到的钛铝合金粉末中粉末粒度为90um的钛铝合金粉末占95％以上，氧含量0.14wt％，氢含量0.014wt％，氮含量 0.014wt％。
实施例4
步骤1、先按照质量百分比分别称取氢化钛粉56％、铝粉38％、铌粉2％、 NiV40粉4％，再将称好的混合粉末装入混料机中，在氩气保护下混和4h，得到混料；
氢化钛粉的粒度为30um，铝粉的粒度为30um，铌粉的粒度为45um， NiV40粉45um。
步骤2、将步骤1得到的混料在压力为8kg/cm2的条件下压制成方坯。
步骤3、将经步骤2得到的方坯装入气氛保护炉中进行合成反应，合成反应的温度为1200℃，保温时间为120min，得到多孔状合金料块。
步骤4、先采用颚式破碎方式对经步骤3得到的多孔状合金料块进行粗破碎后，送入气流破碎机进行细粉碎得到初级粉末，控制气流破碎转速在 2500r/min，再将初级粉末过筛分级得到钛铝合金粉末。
经检测，本发明的制备方法得到的钛铝合金粉末中粉末粒度未-45um的钛铝合金粉末占95％以上，氧含量0.16wt％，氢含量0.014wt％，氮含量 0.015wt％。
实施例5
步骤1、先按照质量百分比分别称取氢化钛粉57％、铝粉36％、铌粉4％、 NiV40粉3％，再将称好的混合粉末装入混料机中，在氩气保护下混和4h，得到混料；
氢化钛粉的粒度为30um，铝粉的粒度为30um，铌粉的粒度为45um， NiV40粉粒度45um。
步骤2、将步骤1得到的混料在压力为9kg/cm2的条件下压制成方坯。
步骤3、将经步骤2得到的方坯装入气氛保护炉中进行合成反应，合成反应的温度为1180℃，保温时间为120min，得到多孔状合金料块。
步骤4、先采用颚式破碎方式对经步骤3得到的多孔状合金料块进行粗破碎后，送入气流破碎机进行细粉碎得到初级粉末，控制气流破碎转速在2500r/min，再将初级粉末过筛分级得到钛铝合金粉末。
经检测，本发明的制备方法得到的钛铝合金粉末中粉末粒度为45um的钛铝合金粉末占95％以上，氧含量0.16wt％，氢含量0.014wt％，氮含量 0.015wt％。
实施例1-5的步骤3得到的多孔状合金料块由上表面向下的上中下三层的成分分析，分析对比结果如下表：
从上表中不同位置取样检测数据可以看出，粉末成分非常均匀，无成分偏析。
通过以上方式，本发明的制备方法，不仅能保证氢化钛分解，达到脱氢的目的，还能获得充分合金化的钛铝合金粉末；本发明的制备方法，得到的钛铝合金粉末中氧、氮含量稳定，避免钛铝合金粉末与空气中的氧及氮的反应而影响其使用性能；本发明的制备方法，得到的钛铝合金粉末性能一致性好，成分均匀；本发明的制备方法，粒度与粒度分布可以依据使用要求调整气流破碎设备的转速有效控制；本发明的制备方法，生产工序少，成本低，产品收率高，适合工业化生产。

Claims (4)

1.一种钛铝合金粉末的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤：
步骤1、先按照质量百分比分别称取氢化钛粉56％～61％、铝粉35％～40％/铌粉3％～6％、NiV40粉2％～5％，再将称好的混合粉末装入混料机中，在氩气保护下混和3h～6h，得到混料；
所述氢化钛粉的粒度为30um～90um，所述铝粉的粒度为30um～90um，铌粉的粒度为15um～60um，NiV40粉30um～90um；
步骤2、将步骤1得到的混料在压力为4kg/cm2～10kg/cm2的条件下压制成方坯；
步骤3、将经步骤2得到的方坯装入气氛保护炉中进行合成反应，保温时间为120min～180min，得到多孔状合金料块；
步骤4、先将经步骤3得到的多孔状合金料块进行粗破碎后，送入气流破碎机进行细粉碎得到初级粉末，控制气流破碎转速在1500r/min～2600r/min，再将初级粉末过筛分级得到钛铝合金粉末。
2.如权利要求1所述的一种钛铝合金粉末的制备方法，其特征在于，所述氢化钛粉和铝粉的纯度均大于99.5％。
3.如权利要求1所述的一种钛铝合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，合成反应的温度为450℃～1350℃。
4.如权利要求1所述的一种钛铝合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，粗破碎采用的方式为颚式。
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