[发明专利]利用放电等离子烧结法制备致密钛铝合金的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于合金材料制备技术领域，尤其涉及一种利用放电等离子烧结法制备致密钛铝合金的方法。

背景技术

Ti-Al金属间化合物由于其优良的高温性能及高的比强度，被认为是一种非常有希望的高温结构材料，但是其室温塑性差（伸长率为1%~4%）的问题严重地制约了其使用。基于钛铝合金存在的不足，本发明采用放电等离子烧结法（SPS）制备钛铝合金，以获得细晶组织的钛铝合金从而改善钛铝合金的室温塑性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用放电等离子烧结法制备致密钛铝合金的方法，采用该方法制备的钛铝合金室温塑性得到显著改善。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

利用放电等离子烧结法制备致密钛铝合金的方法，包括步骤：

步骤1，混合钛粉和铝粉得到混合粉末，钛粉和铝粉的摩尔比为1：（0.45~0.5）；

步骤2，采用行星球磨设备对混合粉末在惰性气氛中进行机械球磨，球磨介质和混合粉末质量比为（12~15）：1，转速为（150~200）转/分钟，球磨时间为25~50小时；

步骤3，采用放电等离子烧结法对球磨后的混合粉末进行烧结，烧结过程中施加（40~50）MPa的轴向压力，烧结温度为800~1100℃，烧结时间为10~15min。

作为优选，上述钛粉纯度≥99.5%，粒度为40μm。

作为优选，上述铝粉纯度≥99.6%，粒度为30μm。

作为优选，上述球磨介质为不锈钢球。

 

放电等离子烧结是一种新型的材料烧结技术，其主要特点是利用体加热和表面活化实现材料的超快速致密化烧结。因其具有非常高的热效率，可在相当快的时间内使被烧结体达到致密，对于烧结难烧结材料有其独特的优势。

本发明利用机械活化－放电等离子烧结法（MASPS）实现了钛铝合金的超快速烧结。首先，采用高能球磨法对钛粉和铝粉的混合粉末进行机械活化；然后，采用放电等离子烧结法（Spark Plasma Sintering，简称SPS）对机械活化后的混合粉末进行烧结合成。

和现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：

1、实现了钛铝合金的超快速烧结，且可制备晶粒细、致密度高的合金材料，从而改善钛铝合金的室温塑性。

2、工艺简单、容易操作，具有良好的产业化前景。

具体实施方式

下面将结合实施例进一步说明本发明。

实施例

第一步：将纯度≥99.5%、粒度40μm的钛粉和纯度≥99.6%、粒度30μm的铝粉按1：（0.45~0.5）的摩尔比进行混合。

第二步：采用变频式行星球磨机对混合粉末进行机械球磨，球磨介质采用不锈钢球，球磨过程以氩气作为保护气氛，球磨介质和混合粉末质量比为（12~15）：1，转速为（150~200）转/分钟，球磨时间为25~50小时。

第三步：将经球磨活化的混合粉末装入石墨模具，再置于放电等离子烧结机中进行烧结，烧结过程中施加（40~50）MPa的轴向压力为，烧结温度为800~1100℃，烧结时间为10~15min。

本实施例制备的钛铝合金具有优良的机械性能，晶粒度12μm，硬度850HV，致密度98.8%；室温塑性5%（伸长率），而传统方法制备的钛铝合金室温塑性仅1%~4%。