[发明专利]一种L12-TiAl3金属间化合物纳米粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种L1₂-TiAl₃金属间化合物纳米粉体及其机械合金化制备方法。

背景技术

TiAl₃金属间化合物因具有密度低、比强度高和抗氧化能力强等特点而在汽车制造业、航空航天、机械化工行业等得到广泛关注。但因DO₂₂-TiAl₃金属间化合物滑移系不足，导致大的室温或低温下的脆性，从而限制了其应用发展。添加第三元素可改变TiAl₃晶体结构，获得更多的滑移面，从而部分解决其脆性问题。量子力学计算结果表明，在过渡族三铝金属间化合物(XAl₃)中，其过渡族金属原子d电子与Al原子P层电子间形成杂化键。稳定的晶体结构将具有最大Bandfilling态，即Fermi面处于电子态密度分布曲线上的低谷。Sc和Ti在周期表中是近邻，但它们的XAl₃(X＝Sc，Ti...)却分别为L1₂结构ScAl₃和DO₂₂结构的TiAl₃。原因在于L1₂结构的ScAl₃是通过Al向Sc的电荷转移形成杂化键而达到Bandfilling态，此时Al作为电子的供主，而Sc作为电子的受主。若用Ti替代Sc而保持L1₂晶体结构不变，此时由于Ti比Sc多一个电子，导致一部分的非成键合态被占据，使得L1₂相对于DO₂₂变得不稳定。这意味着如果想把TiAl₃变成L1₂结构且保持其稳定，应把Ti的电性向Sc转变。这种转变可以通过把适量的d层电子从Ti移开来达到。电子从Ti移开可以通过减少电荷从Al向Ti的转移来实现。也就是说，通过用其它正电性弱的元素代替适量的Al，作为电子的受主，从而抑制电荷从Al向Ti的转移。实验证明，在TiAl₃中添加第四周期中的V-Zn，以及第五周期元素Rh-Ag和第六周期元素Pt-Au，都能实现DO₂₂-L1₂结构转变，并且在室温下获得了良好的压缩塑性。但是，其塑性的改善仍不尽人意，需要探索其它措施继续解决其脆性问题。

工业上常用气相沉积等化学方法制备高熔点金属间化合物，但沉积法只能制得薄膜且需要大量的能量；而其他化学法因为引入反应剂需要进一步分离提纯；熔炼法在制备TiAl₃时引入大量的铝单质，钛的引入较少，制得的TiAl₃纯度较低。由于TiAl₃是一种稳定的高熔点化合物，而采用传统方法制备的材料所形成的颗粒粒径较大，从而影响了其机械性能。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种L1₂-TiAl₃金属间化合物纳米粉体，本发明通过机械合金化法获得纳米级的无序晶态粉体，通过退火处理获得L1₂-TiAl₃变异合金。通过添加元素Cr促进DO₂₂-L1₂结构转变，通过稀土元素球化了L1₂-TiAl₃晶粒，细化了TiAl₃晶体，获得了纳米级的钛铝金属间化合物粉体，从而大大提高了其塑性。

本发明的技术方案是一种L1₂-TiAl₃金属间化合物纳米级粉体，其特征是，所述金属间化合物纳米级粉体由下述重量百分数的金属元素粉末：Ti 19～25％，Al 61～67％，Cr6～8％，La 1～6％，经机械合金化，加后序退火处理方法制备而成的。所述选用金属元素粉末Ti(纯度99.5％，-200目)、Al(纯度99.9％，-200目)、La(纯度99.7％，-200目)、Cr(纯度99.9％，-200目)。本发明的优选实施方案是：金属元素粉末La的重量百分数为4％。

本发明还提供一种金属间化合物的制备方法，该方法为机械合金化加后序退火处理，可缩短机械合金化的时间，提高生产效率。

本发明一种TiAl₃金属间化合物纳米级粉体的制备方法，该制备方法包括以下步骤：