[发明专利]制备球形钛铝基合金粉末的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种制备球形钛铝基合金粉末的方法。

背景技术

钛合金因其质轻、比强度高、高温蠕变性能优异，已在航天航空及汽车等领域得到越来越多的应用，被用于制造发动机、压气机叶片及盘件等。但是，钛合金变形系数小、切削温度高、冷硬现象严重、机械加工性能差，阻碍了其推广。已经有研究者以TC4钛合金为原材料，制造出航空航天用零件，但是TC4材料抗高温蠕变性能及热稳定性差，最高工作温度550℃，不能满足耐更高温度的发动机使用要求。

为获得更高推重比的发动机，TiAl合金作为一种新兴的合金结构材料，它具有密度更低，比强度更高等特点；在较高温时仍可以保持一定的强度和刚度，而且还具有良好的抗蠕变及抗氧化能力，因而TiAl合金材料是航天、航空及汽车用发动机耐热结构件极具竞争力的材料之一。

虽然TiAl合金有许多优点，并在技术上取得了许多重要突破，但仍有许多性能方面的问题需要解决，比如TiAl合金对于1000℃以上使用的高温部件具有相对较低的高温强度，拉伸强度、塑性与断裂/蠕变抗力具有相反关系等。因而还需要进一步研发具有更优异性能的TiAl合金，以满足日益增长的性能需求。

为了适应激光束或电子束3D打印技术的需求，需要制备流动性好、氧含量低的球形钛铝基合金，现有技术中还未见有制备流动性好、氧含量低的球形钛铝基合金的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：现有方法制备的球形钛铝基合金粉末球形度低，粒度不均，氧含量高等问题。

本发明解决技术问题的技术方案为：提供一种制备球形钛铝基合金粉末的方法。该方法包括以下步骤：

a、真空自耗电弧熔炼

取高纯钛粉、高纯铝粉、中间合金材料、增强材料混合均匀，采用真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼时工作真空度为0.1～10Pa，电弧电压为15～55V，电弧电流为5～35kA，冷却后得到钛铝基合金铸锭，将铸锭表面进行扒皮处理，再进行两次或三次重熔；

b、均匀化退火处理

将步骤a得到的钛铝基合金铸锭置于真空度≦1.0×10^-2Pa的真空热处理炉中进行均匀化退火处理，均匀化退火处理温度为600～1300℃，保温时间为1～8h，获得合金成分均匀的钛铝基合金铸锭；

c、氢化处理

通过机械粉碎的方法将钛铝基合金铸锭破碎成5～45mm的小块铸锭，并置于不锈钢压力罐中，将压力罐抽真空到1.0×10^-3Pa，通入高纯氢气至压力罐压力为0.1～2.5MPa，在600～1300℃保温1～8h，得到粒径为20～350μm的吸氢钛铝基合金粉末，筛分，得到粒径小于200μm的细颗粒吸氢钛铝基合金粉末；

d、等离子体球化

将细颗粒吸氢钛铝基合金粉末进行等离子球化处理，得到微细球形钛铝基合金粉末。

其中，上述制备球形钛铝基合金粉末的方法中，步骤a中所述的高纯钛粉体积分数为40～85％、高纯铝粉体积分数为3～55％。中间合金材料的体积分数为0.2～32％，增强材料体积分数为0.1～25％。

其中，上述制备球形钛铝基合金粉末的方法中，步骤a中所述的中间合金材料为TiMo中间合金、TiMn中间合金、TiSn中间合金、AlV中间合金、TiNb中间合金、TiCr中间合金、TiW中间合金、海绵Zr、纯钒块或纯铁块中的至少一种。

其中，上述制备球形钛铝基合金粉末的方法中，步骤a中所述的增强材料为石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、硅、碳化硅、硼或碳化硼中的至少一种。

其中，上述制备球形钛铝基合金粉末的方法中，步骤d中所述的等离子球化处理参数为：送粉速率为10～250g/min，等离子输出功率为30～250KW，工作真空度为1.0×10^-3Pa。

进一步的，上述制备球形钛铝基合金粉末的方法中，步骤d等离子球化处理完成后，再进行筛分，得到200μm以下的微细球形钛铝基合金粉末。