[发明专利]一种细化Ti-V合金晶粒的加工方法

说明书

本发明公开了一种细化Ti‑V合金晶粒的加工方法，包括：(1)将原料熔炼，形成Ti‑V合金铸锭；(2)将Ti‑V合金铸锭切割成板材；(3)对板材的表面打磨处理，清洗；(4)在气体保护下，对表面处理后的板材进行单道次搅拌摩擦加工，防止氧化；(5)在搅拌摩擦加工的同时，对Ti‑V合金板材的加工区域进行持续瞬时强制冷却；(6)将瞬时冷却处理后板材的非加工区域切割去除，并对保留的加工区域的表面再次打磨，实现块体细晶Ti‑V合金板材的制备。本发明的方法通过采用惰性气氛保护下的搅拌摩擦加工并辅以强制冷却的方法实现了Ti‑V合金的晶粒细化；工艺简单，克服了传统方法无法高效制备细晶块体储氢合金的局限，高效地实现了块体细晶Ti‑V合金板材的制备。

技术领域

本发明涉及合金材料加工技术领域，具体涉及一种细化Ti-V合金晶粒的加工方法。

背景技术

晶粒细化对于金属材料而言有诸多好处；对于结构材料，晶粒细化可以提高材料的强度和塑性；对于储氢材料，细化晶粒是增加晶界的有效手段，而晶界作为氢扩散的快速通道，可以改善合金的活化性能及吸放氢反应动力学。作为储氢材料中的一类，Ti-V基BCC固溶体合金的室温有效储氢量可达2wt％，但活化及动力学性能较差，限制了其应用。研究人员采用熔体快淬和高能球磨的方法制备微纳米晶的薄带和粉末，但这些方法无法制备块体合金。常用的块体合金晶粒细化方法包括熔炼过程中降低浇铸温度、提高过冷度、变质处理、震动搅拌，以及通过变形处理如挤压、轧制、锻造等；但上述方法所能实现的细化晶粒效果有限，较难获得微米级以下的细晶组织。

作为剧烈塑性变形加工的一种，搅拌摩擦加工可通过搅拌头强烈的搅拌作用及摩擦热引起合金中的动态再结晶，从而细化晶粒。此方法已用来改善钢、镁合金、铝合金及钛合金等结构材料的铸态组织及变形态组织，消除缩松、缩孔等缺陷，实现组织致密化和细化，以提高合金的综合力学性能。但搅拌摩擦加工作为储氢材料的改性方法还未得到深入探究。此外，搅拌摩擦加工区域温度若过高，会导致再结晶晶粒的长大，从而影响性能。因此，合理的搅拌摩擦加工工艺参数及后处理对合金性能有很大影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细化Ti-V合金晶粒的加工改性方法，制备出的块体细晶Ti-V合金具有良好的储氢活化性能和反应动力学。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种细化Ti-V合金晶粒的加工方法，其特征在于，该方法包括如下具体步骤：

(1)熔炼：将原料熔炼，形成Ti-V合金铸锭；

(2)切割：将所述Ti-V合金铸锭切割成Ti-V合金板材；

(3)表面处理：对所述Ti-V合金板材的表面进行打磨处理，并清洗干净；

(4)搅拌摩擦加工：在气体保护下，对上述表面处理后的所述Ti-V合金板材进行单道次搅拌摩擦加工，以防止氧化；

(5)瞬时冷却处理：在搅拌摩擦加工的同时，对Ti-V合金板材的加工区域进行持续瞬时强制冷却；

(6)后处理：将瞬时冷却处理后的所述Ti-V合金板材的非加工区域切割去除，并对保留的搅拌摩擦加工区域的表面再次进行打磨处理，实现块体细晶Ti-V合金板材的制备。

本发明提供了一种细化Ti-V合金晶粒的加工方法，采用了对Ti-V合金铸锭进行搅拌摩擦加工的工艺，并且为优化细化晶粒的效果，在搅拌摩擦加工过程中实施了强制冷却。

具体的，本发明所提供的细化Ti-V合金晶粒的加工方法，通过气体保护下的搅拌摩擦加工工艺，并辅以强制冷却的方法实现了Ti-V合金的晶粒细化，制备出的块体细晶Ti-V合金具有良好的储氢活化性能和反应动力学。