[发明专利]一种高钒含量阻燃钛合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金材料的激光加工技术领域，具体涉及一种高钒含量阻燃钛合金及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金因具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀、生物相容性好等一系列优良特性，在航空、航天、舰船、兵器、医用等行业得到广泛应用，特别是在设计先进航空发动机时，钛合金更是不可缺少的关键材料。然而，常规的钛合金在一定的空气压力和温度条件下会发生燃烧，即所谓的“钛火”，从而限制了钛合金的应用。一般钛合金零部件的燃烧蔓延时间从开始到结束总共只有4s～20s，在如此短的时间内根本来不及采取灭火措施。因此，提高钛合金的阻燃性能已成为航空工业中一项亟待解决的关键问题。

新型阻燃钛合金研制是解决“钛火”问题的可行途径之一，其中添加V元素和Cr元素有利于提高钛合金的抗燃烧性。现有的以V和Cr为主要添加元素的阻燃钛合金研制及加工存在两方面的困难：(1)现有阻燃钛合金的研制采用的是传统熔炼方法，合金成分改进工艺过程复杂、响应速度慢；(2)目前钛合金零件成形大都采用锻造方法，V元素含量的提高有利于提高钛合金的抗燃烧性，但同时会导致钛合金锻造时的变形抗力过大，难加工，阻燃性能和加工性能难于兼顾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高钒含量阻燃钛合金，该阻燃钛合金结构致密、无缺陷，内部组织结构优良，具有良好的阻燃性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高钒含量阻燃钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成：V 27％～35％，Cr 15％，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种高钒含量阻燃钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成：V 30％～33％，Cr 15％，余量为Ti和不可避免的杂质。

上述的一种高钒含量阻燃钛合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分组成：V 30％，Cr 15％，余量为Ti和不可避免的杂质。

另外，本发明还提供了一种制备上述高钒含量阻燃钛合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将钛粉、钒粉和铬粉混合，得到混合粉末，然后将所述混合粉末在110℃～130℃的条件下干燥1h～2h，再将干燥后的混合粉末研磨混合均匀，得到粉料；

步骤二、采用激光熔覆沉积的方式将步骤一中所述粉料沉积在基板表面，沉积后得到阻燃钛合金，然后将所述阻燃钛合金和所述基板分离；激光熔覆沉积过程中采用同步送粉方式，所述同步送粉的送粉率为3g/min～8g/min，载气流量为3L/min～7L/min，激光熔覆沉积保护环境中的保护气氛为氩气，保护环境中氧气的质量含量小于100ppm，所述激光熔覆沉积的熔覆层数不小于5层，所述基板为纯钛板或钛合金板；所述激光熔覆沉积的激光功率为1500W～3000W，光斑直径为2mm～3mm，扫描速度为3mm/s～15mm/s，搭接率为30％～50％。

上述的方法，其特征在于，步骤一中所述钛粉的平均粒度为75μm～150μm，所述钒粉和铬粉的平均粒度均为50μm～100μm，所述钛粉、钒粉和铬粉的质量纯度均不小于99.9％，所述钛粉、钒粉和铬粉的氧含量均不大于0.1wt％。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述同步送粉的送粉率为3g/min～5g/min，载气流量为4L/min～6L/min，所述激光熔覆沉积的激光功率为2000W～2500W，光斑直径为2.5mm～3mm，扫描速度为8mm/s～10mm/s，搭接率为30％～40％。

上述的方法，其特征在于，所述同步送粉的送粉率为4g/min，载气流量为6L/min，所述激光熔覆沉积的激光功率为2200W，光斑直径为3mm，扫描速度为10mm/s，搭接率为40％。

上述的方法，其特征在于，步骤二中采用线切割加工的方式将所述阻燃钛合金和所述基板分离。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述钛合金板的牌号为TC4、TC6、TC10或TC11。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述纯钛板的牌号为TA1或TA2。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的阻燃钛合金结构致密、无缺陷，内部组织结构优良，具有良好的阻燃性能。

2、本发明的方法克服了传统熔炼工艺制备合金的局限性，制备高钒含量阻燃钛合金的工艺过程简单，操作响应快，易加工，钛合金制备过程无需坩埚或其他电极材料，避免了合金元素受到污染。