[发明专利]热压自蔓延反应产物制备Ti-Al-Sn块体材料的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及的是一种材料的制备方法，具体地说是一种利用热压烧结自蔓延反应产物Ti-Al-Sn粉体材料制备Ti-Al-Sn块体材料的方法。

二、背景技术

随着海洋技术、航天工业的发展，Ti-Al-Sn合金作为低温合金的代表，由于其优异的低温性能引起了人们越来越多的关注。低温钛合金TA7(Ti-5Al-2.5Sn)具有HCP晶体结构，其强度随着温度的降低而提高，但塑性变化却不大。在低温下仍能保持较好的延展性及韧性，避免了金属冷脆性，是低温容器、贮箱等设备的理想材料。主要应用于航空发动机、航天用压力容器、发动机壳体等。

目前制备该种合金材料主要是使用水冷铜坩埚真空感应熔炼(ISM)的方法，但是这种方法存在很大的缺陷，进而严重影响了制备出的合金性能。由于Ti-Al和Ti-Sn之间的熔点相差很大，而真空熔炼室的真空度都在1.0Pa以上，熔炼时加热的温度又很高，使得在熔炼过程中存在合金元素严重挥发损失的现象，从而破坏了合金元素的化学计量组成，进而对合金的性能产生了显著的影响。

如何研制一种能保持合金元素化学计量比不变而又不增加成本的方法成为研究者关注的热点。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种能保持合金元素化学计量比不变进而保证其低温性能的热压自蔓延反应产物制备Ti-Al-Sn块体材料的方法。

本发明的目的是这样实现的：

以Ti粉、Al粉和Sn粉为初始原料，按照重量比为Ti粉∶Al粉∶Sn粉＝17∶2∶1的比例将Ti粉、Al粉和Sn粉混合，以酒精为媒介，在球磨罐中进行充分球磨混合；将混合好的粉末放入干燥箱中，在60-70℃下干燥至少24h；将干燥好的粉末放入钢制模具中由引燃剂引燃后进行自蔓延反应生成Ti-Al-Sn粉体材料；最后将制备出的Ti-Al-Sn粉体装入石墨模具中进行热压烧结，制备Ti-Al-Sn块体材料。

本发明还可以包括：

1、所述的球磨混合的时间为4小时。

2、所述的热压烧结是在1200～1500℃温度范围内烧结1h，施加压力为30MPa，升温速率20℃/min。

本发明与以前的水冷铜坩埚真空感应熔炼(ISM)相比较，具有耗能低、能够有效的控制合金元素的蒸发损失、尽可能保持合金元素的化学计量比，并且提高了制备材料的效率，是一种新型的Ti₅Al_2.5Sn制备工艺。

四、具体实施方式

下面举例对本发明作更详细的描述：

1、按照合金元素的化学计量比分别称量适量的Ti粉、Al粉和Sn粉，并将各原料混合；置于装有乙醇的球磨罐中进行球磨4小时，转速为350转/min；将球磨过的浆料进行放入干燥箱中干燥24h，然后进行研磨、过130目筛。

2、将准备好的粉体放入钢制模具中，由钨丝通入电流引燃进行自蔓延反应得到Ti-Al-Sn合金颗粒；将自蔓延得到的黑色颗粒球磨、过筛得到Ti-Al-Sn粉体材料。

3、将自蔓延得到粉体材料装入直径为Φ50mm的石墨模具中，放入真空热压烧结炉中进行热压烧结；所述的热压烧结的温度范围1200～1500℃，烧结时间为1h，施加压力为30MPa，升温速率20℃/min，在真空条件下烧结，得到的烧结体就是要制备的Ti-Al-Sn合金块体材料。