[发明专利]一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法。属于粉末冶金结构材料制备技术领域。 

背景技术

钛及其合金因其具有轻质高强、热强性好、耐蚀性和生物相容性优异等优点，在航空航天等军用和民用领域获得了日益广泛的应用。固溶强化是目前钛合金主要的强化方式之一。文献表明，0.4%的氧能使纯钛拉伸屈服强度从180MPa提高到610MPa，其强化效果远高于其他常用的Al、Ag、Zr、Mo等合金化元素【钛合金在俄罗斯飞机及航空航天上的应用，航空工业出版社，2008年，p2】。氧在Ti中的最大固溶度为14.5%（质量分数，下同）。由于氧存在于钛基体中，通常有2种形式，一种是固溶在基体合金中，形成含氧的固溶体，这对基体金属是具有良好的固溶强化效果的；另一种是与基体金属形成氧化物夹杂，严重损害基体金属的塑性。而现有技术无法控制氧存在于钛基体中的具体形式，因此，为保持金属钛的良好塑性，通常工业纯钛中的氧含量被严格控制在0.2wt.%以下；导致作为固溶体强化效果显著的氧元素的强化效果没有得到充分的利用。另外，在通常的粉末冶金领域中，由于氧会使材料断裂韧性、低温韧性、疲劳性能、耐蚀性、冷成型性和可焊性等变坏，因此，氧通常作为一种有害元素，其含量也是被严格控制的。 

基于氧具有显著的固溶体强化效果，已有科研人员在这方面进行了初步探 索，并取得了良好的效果。澳大利亚的Xu等【Appl.Phys.Lett.，2008年,Vol.92,p11924】，通过氢化脱氢法制备了氧含量为1.34%的钛粉，并利用BP-ECAP（反压-等通道复合挤压）法得到了压缩屈服强度达1350MPa的超细晶钛合金。华南理工大学的Li等【Mater.Sci.Eng.A,2011年,Vol.528,p1897】，以非晶态钛粉为先驱体，通过等离子活化烧结（PAS）法制备了细晶Ti-O基复合材料，其压缩屈服强度达到2100MPa。但上述两种方法都存在着工艺复杂、制备工艺流程长、成本较高的缺点。 

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术之不足而提供一种工艺简单，成本低的含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法。所生产出的含氧钛合金具有良好的致密度，产品质量综合性能优良。 

本发明一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法，包括如下步骤： 

步骤一：将纯钛粉或钛合金粉置于含氧环境下加热至500～700℃保温5-60分钟，获得颗粒表面含氧的纯钛粉或钛合金粉； 

步骤二：将步骤一中所得的含氧纯钛粉或钛合金粉在真空热压烧结炉或等离子烧结炉中进行烧结；得到含氧的粉末冶金钛氧合金； 

其中：热压烧结炉的烧结工艺参数为：烧结压力5MPa～25MPa，烧结温度1200～1400℃，烧结时间30～180分钟； 

等离子烧结炉的烧结工艺参数为：烧结压力20MPa～50MPa，烧结温度1000～1200℃，烧结时间5～25分钟。 

本发明一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法，所述含氧环境是指环境中氧的体积浓度为不低于20%。 

本发明一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法，所述纯钛粉或钛合金粉 的粒度为10μm-150μm。 

本发明一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法，所述纯钛粉的纯度≥99%。 

本发明一种含氧的钛基合金的粉末冶金制备方法，所述含氧纯钛粉或钛合金粉盛装在石墨模具中进行烧结。 

本发明的机理简述如下：