[发明专利]自蔓延反应合成Ti-Al-Sn粉体材料的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及的是一种材料的制备方法，具体地说是一种高温自蔓延反应合成Ti-Al-Sn复合粉体材料的方法。

二、背景技术

随着海洋技术、航天工业的发展，Ti₅Al_2.5Sn作为低温合金的代表，由于其优异的低温性能引起了人们越来越多的关注。低温钛合金TA7(Ti-5Al-2.5Sn)具有HCP晶体结构，其强度随着温度的降低而提高，但塑性变化却不大。在低温下仍能保持较好的延展性及韧性，避免了金属冷脆性，是低温容器、贮箱等设备的理想材料。主要应用于航空发动机、航天用压力容器、发动机壳体等。

目前制备该种材料主要是使用水冷铜坩埚真空感应熔炼(ISM)的方法，但是这种方法存在着致命的缺点。由于真空熔炼室的真空度都在1.0Pa以上，熔炼时加热的温度又很高，而Ti-Al和Ti-Sn之间的熔点相差又很大，使得在熔炼过程中一定存在合金元素严重挥发损失的现象，从而破坏了合金元素的化学计量组成，进而对合金的性能产生了显著的影响。

如何研制一种低成本、低能耗并且又能保持合金元素化学计量比的工艺方法成为研究者关注的热点。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种要求设备简易、工艺简单、易操作的自蔓延反应合成Ti-Al-Sn粉体材料的方法。

本发明的目的是这样实现的：

以Ti粉、Al粉和Sn粉为原料，按照重量比为Ti粉∶Al粉∶Sn粉＝17∶2∶1的比例将Ti粉、Al粉和Sn粉混合，使用行星球磨机使其混合均匀，然后放入干燥箱中，在60-70℃下干燥至少24h，将干燥好的粉末放入钢制模具中，用钨丝通入电流引燃合成Ti₅Al_2.5Sn粉体材料反应速率很快，50克料完全反应的时间只有几秒钟。

本发明还可以包括：

1、在行星球磨机中混合粉末原料时使用乙醇作为溶剂。

2、燃烧合成得到的黑色块体材料再一次使用行星球磨机粉碎颗粒，使其达到亚微米级粉末。

本发明将称量好的Ti粉、Al粉和Sn粉放入加入乙醇的球磨罐中进行充分混合，将混合均匀的粉末放入干燥箱中干燥，最后将干燥好的粉末放入钢制模具中进行自蔓延燃烧合成反应。将反应产物研磨最终的到Ti-Al-Sn粉体材料。

与以前的水冷铜坩埚真空感应熔炼(ISM)相比较，具有简单易行、耗能低、反应迅速使得合金元素的蒸发损失降低、尽可能保持合金元素的化学计量比，并且降低了制备材料的成本，是一种简单易行、低能耗、低成本新型Ti₅Al_2.5Sn制备工艺。

四、具体实施方式

下面对本发明作更详细的描述：

1、用电子天平按照Ti₅Al_2.5Sn的化学计量比分别称量适量的Ti粉、Al粉和Sn粉，将称量的粉末放入装有乙醇和玛瑙球的球磨罐中进行球磨，转速为350r/min，球磨时间为4h。将装有混合均匀粉末的烧杯放入60℃的干燥箱中干燥至少24h。

2、取适量干燥后的黑色粉末放入钢制模具中，将钢制模具放入自蔓延设备中，由模具一端引入钨丝，将钨丝通入电流引燃粉末，然后通过粉体自身反应放出的热量维持其反应所必须的能量，反应速率很快，50多克料可以再不到10秒的时间反应完成，最后得到黑色多孔的不规则块体材料。

3、将得到的黑色不规则材料放入装有钢球的球磨罐中进行粉碎，得到黑色亚微米级粉末就是Ti-Al-Sn粉体材料。