[发明专利]一种以氢化钛铝合金粉末短流程制备钛铝金属间化合物的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，特别是涉及一种以氢化钛铝合金粉末短流程制备钛铝金属间化合物的方法。

背景技术

钛铝金属间化合物具有耐高温、抗氧化、耐蚀、耐磨、高比刚和高比强等优点，其性能与Ni基高温合金相近，但密度只有Ni基高温合金的一半，成为最具发展潜力的新一代航空航天发动机用轻质高温结构材料。合金在700℃～1000℃的高温环境中，表现出良好的高温性能；但在700 ℃以下温度范围内，其延伸率仅有1%～3%，表现出严重的室温脆性，塑性加工成形困难、制备成本高，阻碍了钛铝合金的发展和应用。

粉末冶金方法可以方便的实现复杂构件近净成形，避免了TiAl基合金难以塑性加工的问题，并且易于添加高熔点的合金元素，其制备的TiAl基合金制品无疏松、缩孔、成分偏析和粗大片层组织等铸造缺陷，且具有均匀细小的显微组织，力学性能良好。粉末冶金成形工艺一般要求原料粉末粒度细小、分布均匀、纯度高及氧含量低。现有的粉末制备方法有反应扩散法、雾化法和旋转电极法等。目前主要的混合元素粉末法先将原料海绵钛氢化处理，破碎研磨成氢化钛粉末，再脱氢制备钛粉，之后与铝粉低温扩散合金化制备钛铝合金粉末，钛铝间扩散反应使粉末粘结，需要再次球磨破碎成粉末，最终成形烧结制得钛铝金属间化合物制品。成本较低，但工艺复杂耗时长，并且制备的钛铝合金粉末由于反应烧结中会产生大幅度体积膨胀，粉末形状不规则，氧含量和杂质含量较高；雾化法是通过一定的手段直接将熔体金属击碎得到金属粉末的一种方法，此方法制备的金属粉末粒度较大，且因为存在坩埚污染，容易在粉末中带入氧化物夹杂；等离子旋转电极法可制备球形度好、纯度高、氧含量低的钛铝合金粉末，缺点是制备的粉末较粗一般在100μm以上，不易制取，每批次的材料利用率不高，导致成本过高。现检索出专利号为CN201310099463.3的专利提供了一种基于Ti元素粉末和Al元素粉末制备TiAl金属间化合物零件的方法，但钛和铝之间的扩散反应会引起坯体大幅度膨胀，导致样品变形破碎和相对密度低，对样品的性能有不利影响。

本发明提供以氢化钛铝合金粉末短流程制备高纯钛铝合金的工艺方法，将高纯铝和海绵钛熔炼为钛铝合金铸锭，经粗破碎后，氢化处理制得氢化合金粉料，再利用涡流气流磨研磨制成微细钛铝合金粉末，随后成形烧结制得钛铝金属间化合物制品。

目前还未见到利用氢化钛铝合金粉末短流程制备钛铝金属间化合物的方法相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以氢化钛铝合金粉末短流程制备钛铝金属间化合物的工艺方法，该方法利用氢化处理和涡流气流磨研磨的钛铝合金粉末具有的纯度高、含氧量低、粒度细小、粒度分布窄、均匀性好等优点，进而制得高纯度、低氧含量的钛铝金属间化合物制品。

为达到以上目的，采用的具体工艺参数和流程如下：

一种以氢化钛铝合金粉末短流程制备钛铝金属间化合物的方法，包括步骤：

1）以纯度为99.9%的高纯铝和99%海绵钛为原料，在真空自秏电极电弧凝壳炉或真空感应炉中熔炼成钛铝合金铸锭，其中合金铸锭的成分为：Al原子百分含量为46%～50%，余量为Ti；

2）将所述钛铝合金铸锭粗破碎为1～5mm的粉料；

3）粗破碎的粉料经过氢化处理后获得氢化的钛铝合金粉末，氢化处理的主要工艺参数为：真空炉真空度为10^-2～10^-3Pa，氢与钛铝合金粉末反应温度为350℃～580℃，氢气压强控制在0.1～0.3MPa；

4）将上述氢化的钛铝合金粉末经涡流气流磨研磨制成均匀的微细合金粉末，其中涡流气流磨的研磨气体压力为0.6～1.3Mpa，分选机转速为2800～4200转；

5）将氢化的钛铝合金粉末成型后，放入真空度低于10^-2Pa的真空炉中，在600～750℃温度范围内脱氢处理，升温速度为3～5℃/min，保温时间2～6小时，然后直接加热到1450℃～1500℃进行烧结，随炉冷却后得到高纯度钛铝金属间化合物制品。

在步骤（4）经涡流气流磨研磨制备的微细合金粉末平均粒度为10～70μm。

在步骤5），制备的钛铝金属间化合物制品纯度为99.4%～99.9%、相对密度大于98%、氧含量低于2000ppm。

在步骤2），对铸锭进行粗破碎为1～5mm的粉料包括刨铣、低温冷切削和压力破碎方法。