專利名稱：一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法。
背景技術(shù)：
隨著航天航空及汽車等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，鈦鋁金屬間化合物由于其優(yōu)異的性能成為未來(lái)最有發(fā)展?jié)撡|(zhì)的高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天等領(lǐng)域進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，如航天用發(fā)動(dòng)機(jī)中的各種零部件、高級(jí)跑車中的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件等。粉末冶金制備TiAl基合金的工藝按原料粉末可分為元素粉末法和預(yù)合金粉末法。以元素粉末為原料，成本較低，但由于Kirkendall效應(yīng)，反應(yīng)燒結(jié)中會(huì)產(chǎn)生大幅度體積膨脹，因而采用無(wú)壓燒結(jié)難以獲得高致密材料，同時(shí)也因其氧及雜質(zhì)含量較高，燒結(jié)性能較·差，使合金制件的性能受到消弱，熱壓或者熱等靜壓等工藝雖然能得使材料得到較高致密度，但是成本較貴；預(yù)合金粉末方法的成分均勻性好，氧及雜質(zhì)含量低，力學(xué)性能好，但是目前生產(chǎn)TiAl金屬間化合物的方法一般采用機(jī)械合金化、真空冶煉等方法生產(chǎn)。在這些方法中，機(jī)械合金化容易產(chǎn)生各種夾雜；真空冶煉存在成分偏析，操作難點(diǎn)大，容易產(chǎn)生各種夾雜等缺點(diǎn)。因此很有必要對(duì)制備合金粉的方法進(jìn)行探討，開(kāi)發(fā)新的工藝來(lái)進(jìn)行合金粉的生產(chǎn)，使生產(chǎn)出來(lái)的合金粉成本較低，夾雜較少，純度較高，且制備工藝較簡(jiǎn)單。王軍等利用氫化鈦脫氫制得的鈦粉和鋁粉為原料，經(jīng)過(guò)機(jī)械混合后在管式爐中進(jìn)行擴(kuò)散反應(yīng)制得了 TiAl合金粉，但是以氫化鈦脫氫制得的鈦粉在價(jià)格上較氫化鈦貴，并且加上鈦粉較氫化鈦粉的活性大，導(dǎo)致鈦粉中氧等夾雜含量較高，對(duì)后面的進(jìn)一步加工很不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法。氫化鈦粉相對(duì)鈦粉具有較低的價(jià)格，在燒結(jié)溫度不是很高的情況下燒結(jié)得到TiAl合金粉，最后燒結(jié)得到的合金粉具有非常高的純度，并且此方法的操作過(guò)程很簡(jiǎn)單。因此，可作為制備高純TiAl合金粉的一種方法。—種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法,其特征在于
1)按照Ti、Al原子比為1:1稱量氫化鈦粉和鋁粉，在高能球磨機(jī)中進(jìn)行均勻化；其過(guò)程添加甲苯為控制劑防止氧化；
2)將上述混合均勻后的物料放入真空度為彡4.OX KT2Pa的快速升溫管式電爐中，在100-650°C為擴(kuò)散反應(yīng)溫度，升溫速率為2 4°C /min，保溫時(shí)間為IOminl小時(shí)；低速率升溫?cái)U(kuò)散反應(yīng)目的是為了鋁粉的擴(kuò)散反應(yīng)以及氫化鈦粉的脫氫。燒結(jié)溫度為750-1000°C，升溫速率為4 8°C /min，保溫時(shí)間為1_5小時(shí)，較高溫度保溫是為了鈦和鋁間的合金化。3)加熱結(jié)束后隨爐冷卻，經(jīng)過(guò)研磨即得TiAl金屬間化合物粉末，平均粒度為10—50 μ mD
由于期間首先在低溫保溫階段或者升溫過(guò)程中進(jìn)行氫化鈦的脫氫，使得振動(dòng)球磨后的混合粉各種缺陷減少而使部分能量釋放，而Ti、Al混合粉的擴(kuò)散對(duì)保溫時(shí)間的敏感性比其對(duì)溫度的敏感性低很多，因此簡(jiǎn)單的延長(zhǎng)幾個(gè)小時(shí)仍不會(huì)得到較純的TiAl合金粉，所以脫氫后的Ti、Al粉在較低的溫度范圍內(nèi)無(wú)法進(jìn)行充分的合金化，只有加熱到一定溫度，給Ti、Al粉的擴(kuò)散提供足夠的能量，才能得到非常純的TiAl合金粉。同時(shí)，由于氫化鈦粉在價(jià)格上較氫化鈦脫氫制得的鈦粉便宜較多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于由于升溫而產(chǎn)生的附加成本。因此，本發(fā)明具有鮮明的實(shí)際意義。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為常規(guī)制取TiAl金屬間化合物粉末則是以鈦粉和鋁粉為原料，所用鈦粉又是用氫化鈦脫氫制得，因而價(jià)格較高；本發(fā)明則是直接用氫化鈦粉末和鋁粉為原料，在高真空下且溫度較低的情況下進(jìn)行燒結(jié)，不但成本低，所得的TiAl金屬間化合物粉末含有雜質(zhì)也很少；上述方法的工藝過(guò)程極簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
步驟I :稱取平均粒度為30 μ m的氫化鈦粉240g，平均粒度為8 μ m的鋁粉135g，在高能球磨機(jī)中混合I小時(shí)，其中添加甲苯為控制劑防止氧化；
步驟2 :將混合粉末在真空度為3X 10_3Pa的快速升溫管式電爐中進(jìn)行加熱，加熱工藝為以3°C /min的加熱速度加熱到120。。，在120°C保溫IOmin,從120°C以3°C /min的加熱速度升溫至500°C，進(jìn)行保溫2小時(shí)，然后以6°C /min的加熱速度升溫到750°C，再保溫2小時(shí)；
步驟3 :將加熱后的粉末隨爐冷卻，進(jìn)行簡(jiǎn)單研磨即得平均粒度為ΙΟμπι的TiAl金屬間化合物粉末。實(shí)施例2:
步驟I :稱取平均粒度為50 μ m的氫化鈦粉240g，平均粒度為15 μ m的鋁粉135g，在高能球磨機(jī)中混合20小時(shí)，其中添加甲苯為控制劑防止氧化；
步驟2 :將混合粉末在真空度為3X10_2Pa的快速升溫管式電爐中進(jìn)行加熱，加熱工藝為以3°C /min的加熱速度加熱到120°C，在120°C保溫lOmin，從120°C以6°C /min的升溫速度升溫到1000°C，然后在1000°C保溫3小時(shí)；
步驟3 :將加熱后的粉末隨爐冷卻，進(jìn)行簡(jiǎn)單研磨即得平均粒度為30μπι的TiAl金屬間化合物粉末。
權(quán)利要求
1.一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法，其特征在于 (1)按照Ti、Al原子比為1:1稱量氫化鈦粉和鋁粉，在高能球磨機(jī)中球磨廣24小時(shí)進(jìn)行均勻化；其過(guò)程添加甲苯為控制劑防止氧化； (2)將上述混合均勻后的物料放入真空度為彡4.OX KT2Pa的快速升溫管式電爐中，在100-650°C進(jìn)行脫氫處理，升溫速率為2 4°C /min，保溫時(shí)間為IOminl小時(shí)；然后直接加熱到高溫，在750-1000°C進(jìn)行保溫1-5小時(shí)進(jìn)行合金化；低速率升溫?cái)U(kuò)散反應(yīng)目的是為了鋁粉的擴(kuò)散反應(yīng)以及氫化鈦粉的脫氫，較高溫度保溫是為了鈦和鋁之間的合金化； (3)加熱結(jié)束后隨爐冷卻，經(jīng)研磨后即得TiAl金屬間化合物粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法，其特征在于所用原料氫化鈦粉的平均粒度為2(Γ65μπι，鋁粉的平均粒度為5 20μπι。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法，其特征在于步驟(3)研磨后TiAl金屬間化合物粉末的平均粒度為10-50 μ m。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法。其制備步驟如下按照Ti、Al原子比為1:1稱量氫化鈦粉和鋁粉，經(jīng)高能球磨機(jī)球磨混合均勻，其過(guò)程添加甲苯為控制劑防止氧化，然后在真空度為4.0×10-2~4.0×10-3Pa的快速升溫管式電爐中以一定的工藝進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻后得到TiAl金屬間化合物。本發(fā)明工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，原料較便宜的氫化鈦粉，溫度較低的情況下擴(kuò)散與燒結(jié)后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單研磨即得到純度非常高TiAl金屬間化合物粉末，其粉末可以通過(guò)粉末冶金常用方法進(jìn)行成形等后續(xù)加工。
文檔編號(hào)B22F9/20GK102825259SQ20121035410
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者邵慧萍, 王志, 林濤, 郭志猛, 葉青, 王軍, 孫森, 呂紹元 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)