[发明专利]一种TiAl合金自润滑材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及TiAl合金自润滑领域，具体是一种TiAl合金自润滑材料及其制备方法。

背景技术

TiAl合金具有良好的摩擦，耐高温，耐腐蚀性能，在机械行业和石化领域具有良好的应用前景，但其润滑性能较差，为了进一步改善TiAl合金的摩擦性能，提高TiAl合金的润滑能力，添加Ti2AlN纳米颗粒作为自润滑相，将TiAl合金合金粉末及Ti2AlN纳米颗粒通过热压烧结制备成含有Ti2AlN纳米颗粒的TiAl合金自润滑材料，显著提高TiAl合金的润滑效果，提高TiAl合金的耐磨性能，对TiAl合金在摩擦磨损领域的工程应用具有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种具有良好自润滑功能的TiAl合金及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种TiAl合金自润滑材料，由以下质量百分比的材料组成

Ti-45Al-8Nb 90%-98%

Ti2AlN2%-10%

其中，Ti-45Al-8Nb中原子比为Ti：Al：Nb=1:45:8，Ti2AlN中原子比为Ti：Al：N=2:1:1。

制备一种TiAl合金自润滑材料的方法，按照如下的步骤进行：

步骤一、称取Ti-45Al-8Nb和Ti2AlN，Ti2AlN的质量百分比含量为2%-10%，并放入行星球磨机内进行混料，混料时间为2-4小时；

步骤二、将步骤一中混合好的材料装入304不锈钢包套内，并封装处理，在热压烧结炉内进行烧结，烧结温度为1100-1200℃，压强为200-300Mpa，时间为3-4小时。

作为一种优选方式：步骤一中，Ti-45Al-8Nb合金粉末粉末粒度小于100μm，氧含量低于700ppm，Ti2AlN纳米颗粒粒度在50-200nm之间。

本发明的有益效果是：1、采用Ti-45Al-8Nb合金的合金粉末，对比与采用Ti粉及Al粉的元素粉末，可以制备致密的TiAl合金自润滑材料，消除Al元素向Ti元素的偏扩散造成的空洞；2、所有工艺均在真空下进行，有效的降低了含氧量，消除了仰致脆化，提高了TiAl合金自润滑材料的性能；3、热压烧结工艺简单，操作方便，周期短，效率高。

具体实施方式

实施例1

1、把Ti-45Al-8Nb合金和Ti2AlN纳米颗粒粉碎，使Ti-45Al-8Nb合金粉末粉末粒度小于100μm，氧含量低于700ppm，Ti2AlN纳米颗粒粒度在50-200nm之间，在真空手套箱内秤取Ti-45Al-8Nb合金粉末及Ti2AlN纳米颗粒，Ti2AlN纳米颗粒的质量比为2%，并放入行星球磨机内进行混料，混料时间为2小时。

2、将混好的TiAl合金粉末及Ti2AlN纳米颗粒在真空手套箱内装入304不锈钢包套内，并封装处理。放入热压烧结炉内进行烧结，烧结温度为1100℃，压强为200Mpa，时间为3小时。

经HVS-1000型显微硬度计测试，实例1所制备的以Ti2AlN纳米颗粒为自润滑相的TiAl合金自润滑材料的硬度为5.8GPa，密度为4.2g/cm3。

实施例2

1、把Ti-45Al-8Nb合金和Ti2AlN纳米颗粒粉碎，使Ti-45Al-8Nb合金粉末粉末粒度小于100μm，氧含量低于700ppm，Ti2AlN纳米颗粒粒度在50-200nm之间，在真空手套箱内秤取Ti-45Al-8Nb合金粉末及Ti2AlN纳米颗粒，Ti2AlN纳米颗粒的质量比为5%，并放入行星球磨机内进行混料，混料时间为3小时。

2、将混好的TiAl合金粉末及Ti2AlN纳米颗粒在真空手套箱内装入304不锈钢包套内，并封装处理。在热压烧结炉内进行烧结，烧结温度为1150℃，压强为250Mpa，时间为3.5小时。

经HVS-1000型显微硬度计测试，实例2所制备的以Ti2AlN纳米颗粒为自润滑相的TiAl合金自润滑材料的硬度为5.9GPa，密度为4.3g/cm3。

实施例3

1、把Ti-45Al-8Nb合金和Ti2AlN纳米颗粒粉碎，使Ti-45Al-8Nb合金粉末粉末粒度小于100μm，氧含量低于700ppm，Ti2AlN纳米颗粒粒度在50-200nm之间，在真空手套箱内秤取Ti-45Al-8Nb合金粉末及Ti2AlN纳米颗粒，Ti2AlN纳米颗粒的质量比为2%-10%，并放入行星球磨机内进行混料，混料时间为2-4小时。

2、将混好的TiAl合金粉末及Ti2AlN纳米颗粒在真空手套箱内装入304不锈钢包套内，并封装处理。在热压烧结炉内进行烧结，首先快速把烧结温度升高到1100℃，然后给304不锈钢包套施加强磁场（3-5特斯拉），烧结温度以每分钟升高1-2℃提高到1200℃，然后停止强磁场，保持温度在1200℃烧结1小时，过程中压强始终保持在200-300Mpa，然后自然冷却，自动消除感应磁力，完成烧结经HVS-1000型显微硬度计测试，实例3所制备的以Ti2AlN纳米颗粒为自润滑相的TiAl合金自润滑材料的硬度为9GPa（远超过了实施例1和2的硬度），密度为4.4g/cm3。通过施加磁场进行控制，自润滑材料的TiAl合金内部形成了Ti网状结构，TiAl合金分子结构得以改善，增强了硬度，同时保存了良好的自润滑性能。