[发明专利]一种高强度Ti-Zr-Ta合金及其制备方法、应用

说明书

本发明公开一种高强度Ti‑Zr‑Ta合金及其制备方法、应用，该制备方法包括将原料熔炼成合金铸锭、表面处理、氢化处理、破碎、脱氢处理和烧结等步骤。本发明提供的制备方法采用粉末冶金法，克服了传统熔炼铸造方法中难以大尺寸成型、易产生缩孔等缺陷，避免了熔铸所必须的后续热处理工序，通过成型模具的设计即可实现大尺寸构件的近净成型。同时，粉末冶金可抑制合金的成分偏析、枝晶形成和多相析出，形成具有均一相结构的块体合金材料，因而可更好地保证合金的性能。本发明方法制备的Ti‑Zr‑Ta合金组织均匀，具有良好的力学性能，其拉伸强度可达1000MPa以上。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其是一种高强度Ti-Zr-Ta合金及其制备方法、应用。

背景技术

含能结构材料具有结构能量一体化的特征，可代替传统战斗部的破片、药型罩和壳体结构等惰性部件。与传统惰性材料相比，由含能结构材料形成的毁伤元在与目标作用后，可诱发材料组分间以及组分与环境中氧气之间的高能量化学反应，产生类爆现象，释放出大量的热量，在目标内部产生高温和高压作用，大幅提升毁伤效果。

金属型含能结构材料由燃烧热值较高的金属或者类金属元素组成。难熔金属元素如Ti、Zr、Ta、Nb和Hf等由于具有高密度、高燃烧热值等特点是高强金属型含能结构材料的首选。由Ti、Zr和Ta等难熔金属元素组成的含能结构材料由于各组分熔点普遍偏高，目前主要采用熔炼铸造法成型，前期研究表明，制备的Ti-Zr-Ta合金具有良好的能量释放特性。但由于不同类难熔金属元素的熔点差异很大，通过熔炼铸造方法难以大尺寸成型，且易产生偏析、缩孔等缺陷。

发明内容

本发明提供一种高强度Ti-Zr-Ta合金及其制备方法、应用，用于克服现有技术中铸造成型方法难以大尺寸成型，且易形成偏析、缩孔等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种高强度Ti-Zr-Ta合金的制备方法，包括以下步骤：

S1：设计Ti-Zr-Ta合金的组分，根据设计的Ti-Zr-Ta合金组分称取原料Ti、原料Zr和原料Ta，混匀，熔炼，得到合金铸锭；

S2：对所述合金铸锭表面依次进行喷砂处理和酸洗；

S3：将经过表面处理后的合金铸锭置于氢化炉中，在温度为600～900℃、氢气压力为0.1～0.3MPa下进行氢化处理，氢化时间为1～5h；

S4：将氢化处理后的合金铸锭进行物理粗破碎，再球磨成100目以下的粉末；

S5：将球磨后的粉末在真空环境下进行脱氢处理，温度为500～700℃，时间为2～6h，获得Ti-Zr-Ta合金粉末；

S6：将脱氢后的Ti-Zr-Ta合金粉末在温度为1000～1400℃、压力为30～150MPa下进行热压烧结处理或者热等静压烧结处理，烧结时间为1～4h，获得Ti-Zr-Ta合金。

为实现上述目的，本发明还提出一种高强度Ti-Zr-Ta合金，由上述所述制备方法制备得到。

为实现上述目的，本发明还提出一种高强度Ti-Zr-Ta合金的应用，将上述所述制备方法制备得到的Ti-Zr-Ta合金或者上述所述的Ti-Zr-Ta合金用于战斗部的破片、药型罩和壳体结构中。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：