[发明专利]一种调控氢含量提高氢化钛粉制备钛合金性能的方法

说明书

本发明公开一种调控氢含量提高氢化钛粉制备钛合金性能的方法，属于粉末冶金技术领域。本发明所述方法在氢化钛粉脱氢制备钛合金过程中通过调控氢含量对钛合金性能进行改性，明显改善粉末冶金钛合金的组织结构和力学性能，优化烧结工艺，并大大缩短生产及合金优化处理流程，降低钛合金生产成本。本发明所述装置包括冷却系统、真空系统、加热保温系统、氢含量检测系统及控制系统等。该装置可实现多温段烧结控制，适用于1150~1800℃等各烧结温度的钛合金产品；可实现以TiH₂粉为原料制备粉末冶金钛合金在烧结过程中对氢含量的调控，进行钛合金的热氢处理；烧结得到的钛合金氢含量可达到GB/T4698‑2011检测标准。

技术领域

本发明涉及一种调控氢含量提高氢化钛粉制备钛合金性能的方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

钛及钛合金因密度小、比强度高、耐蚀耐热性能好、生物相容性好等优点一直备受关注，然而，生产钛合金成本高昂，从而令其使用受到限制。采用粉末冶金法以TiH₂为原料制备钛产品，减少了钛材加工环节及设备的投入，提高了生产效率，降低了制造成本，是近年国际研究热点。专利申请号为201010274240.2的专利提出了一种以氢化钛粉末制备钛及钛合金制品的工艺方法，专利申请号为201110173539.3的专利提出了一种用于氢化钛粉脱氢的真空炉装置及其脱氢方法。目前粉末冶金法制备的钛合金微观组织较为粗大，导致钛合金的热塑性差、力学性能和加工性能也不理想，使钛合金塑性变形时对变形速度和变形温度的要求苛刻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调控氢含量提高氢化钛粉制备钛合金性能的方法，包括下列步骤：

（1）将按比例配置好的TiH2粉及合金粉末放在行星式球磨机中，转速为200~300r/min，球磨2~3h，使粉末充分混合均匀；对TiH₂粉和合金的混合粉进行TG/DSC热分析，找出混合粉分解的关键脱氢温度点；

（2）将压制好的氢化钛-合金压坯称重后装入坩埚内，并置于加热体中，开启抽真空系统，待炉内真空度达到1×10^-3Pa后，开启加热装置进行升温；

（3）升温过程中，在各个关键脱氢温度点分别保温25~40min，到达最终烧结温度时保温2~4h，随后以10~15℃/min的降温速率进行降温，降温至钛合金相变点以下10~100℃时通过进气口向炉内通入氢气，并保温1~5h后停止通入氢气，然后随炉冷却，保温过程中观察氢含量检测结果，调整氢气流量使炉内氢含量不少于压坯质量的0.05%~0.55%；随炉冷却过程中使炉内真空度始终保持高于1×10^-3Pa，当温度降至室温时，关闭仪器，取出样品。

优选的，本发明所述烧结温度为合金熔点的65～80%。

本发明中原料除了为TiH2粉及合金的混合粉末，还可以为纯的TiH₂粉末。

本发明所述关键脱氢温度点是指：1g氢化钛样品在某温度脱氢质量大于等于0.1mg，该温度点即为关键温度点。

本发明的另一目的在于提供所述调控氢含量提高氢化钛粉制备钛合金性能的方法所用装置，包括进气口3、放气阀4、加热体5、温度传感器6、抽真空系统7、H热导检测器8、显示器9、水循环冷却系统10、真空计11、炉体12，炉体12包括炉盖1、炉外壳2、保温层13，保温层13位于炉外壳的内部；炉体12的侧壁上安装有进气口3、放气阀4、温度传感器6、抽真空系统7、真空计11和水循环冷却系统10，进气口3、放气阀4、温度传感器6、抽真空系统7、真空计11均穿过炉体的保温层与炉体的内部连通，水循环冷却系统10位于炉外壳2与保温层13之间；抽真空系统7与H热导检测器8连接，H热导检测器8与显示器9连接。

本发明所述抽真空系统7含机械泵和扩散泵。