[发明专利]一种用氢化钛粉制备TiAl金属间化合物粉末的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种用氢化钛粉制备TiAl金属间化合物粉末的方法。

背景技术

随着航天航空及汽车等领域的迅速发展，钛铝金属间化合物由于其优异的性能成为未来最有发展潜质的高温结构材料，在航空航天等领域进行广泛的应用，如航天用发动机中的各种零部件、高级跑车中的发动机零部件等。

粉末冶金制备TiAl基合金的工艺按原料粉末可分为元素粉末法和预合金粉末法。以元素粉末为原料，成本较低，但由于Kirkendall效应，反应烧结中会产生大幅度体积膨胀，因而采用无压烧结难以获得高致密材料，同时也因其氧及杂质含量较高，烧结性能较差，使合金制件的性能受到消弱，热压或者热等静压等工艺虽然能得使材料得到较高致密度，但是成本较贵；预合金粉末方法的成分均匀性好，氧及杂质含量低，力学性能好，但是目前生产TiAl金属间化合物的方法一般采用机械合金化、真空冶炼等方法生产。在这些方法中，机械合金化容易产生各种夹杂；真空冶炼存在成分偏析，操作难点大，容易产生各种夹杂等缺点。因此很有必要对制备合金粉的方法进行探讨，开发新的工艺来进行合金粉的生产，使生产出来的合金粉成本较低，夹杂较少，纯度较高，且制备工艺较简单。

王军等利用氢化钛脱氢制得的钛粉和铝粉为原料，经过机械混合后在管式炉中进行扩散反应制得了TiAl合金粉，但是以氢化钛脱氢制得的钛粉在价格上较氢化钛贵，并且加上钛粉较氢化钛粉的活性大，导致钛粉中氧等夹杂含量较高，对后面的进一步加工很不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用氢化钛粉制备TiAl金属间化合物粉末的方法。

氢化钛粉相对钛粉具有较低的价格，在烧结温度不是很高的情况下烧结得到TiAl合金粉，最后烧结得到的合金粉具有非常高的纯度，并且此方法的操作过程很简单。因此，可作为制备高纯TiAl合金粉的一种方法。

一种用氢化钛粉制备TiAl金属间化合物粉末的方法，其特征在于： 

1) 按照Ti、Al原子比为1:1称量氢化钛粉和铝粉，在高能球磨机中进行均匀化；其过程添加甲苯为控制剂防止氧化；

2) 将上述混合均匀后的物料放入真空度为≤4.0×10^-2Pa的快速升温管式电炉中，在100-650℃为扩散反应温度，升温速率为2~4℃/min，保温时间为10min~4小时；低速率升温扩散反应目的是为了铝粉的扩散反应以及氢化钛粉的脱氢。烧结温度为750-1000℃，升温速率为4~8℃/min，保温时间为1-5小时，较高温度保温是为了钛和铝间的合金化。

3) 加热结束后随炉冷却，经过研磨即得TiAl金属间化合物粉末，平均粒度为10-50μm。

由于期间首先在低温保温阶段或者升温过程中进行氢化钛的脱氢，使得振动球磨后的混合粉各种缺陷减少而使部分能量释放，而Ti、Al混合粉的扩散对保温时间的敏感性比其对温度的敏感性低很多，因此简单的延长几个小时仍不会得到较纯的TiAl合金粉，所以脱氢后的Ti、Al粉在较低的温度范围内无法进行充分的合金化，只有加热到一定温度，给Ti、Al粉的扩散提供足够的能量，才能得到非常纯的TiAl合金粉。同时，由于氢化钛粉在价格上较氢化钛脱氢制得的钛粉便宜较多，远远低于由于升温而产生的附加成本。因此，本发明具有鲜明的实际意义。

本发明的优点为：常规制取TiAl金属间化合物粉末则是以钛粉和铝粉为原料，所用钛粉又是用氢化钛脱氢制得，因而价格较高；本发明则是直接用氢化钛粉末和铝粉为原料，在高真空下且温度较低的情况下进行烧结，不但成本低，所得的TiAl金属间化合物粉末含有杂质也很少；上述方法的工艺过程极简单。

具体实施方式

实施例1：

步骤1：称取平均粒度为30μm的氢化钛粉240g，平均粒度为8μm的铝粉135g，在高能球磨机中混合1小时，其中添加甲苯为控制剂防止氧化；

步骤2：将混合粉末在真空度为3×10^-3Pa的快速升温管式电炉中进行加热，加热工艺为：以3℃/min的加热速度加热到120℃，在120℃保温10min，从120℃以3℃/min的加热速度升温至500℃，进行保温2小时，然后以6℃/min的加热速度升温到750℃，再保温2小时；

步骤3：将加热后的粉末随炉冷却，进行简单研磨即得平均粒度为10μm的TiAl金属间化合物粉末。

实施例2：