[发明专利]一种粉末冶金法制备Ti2AlNb合金的方法

说明书

本发明公开的一种粉末冶金法制备Ti2AlNb合金的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、按合金成分配方Ti‑22Al‑(27‑x‑y)Nb‑xV‑yTa(其中0x≤5，0y≤5)称取Ti、Nb、V、Ta、Ti70Al30(at.％)中间合金和ZrO磨球，采用高能球磨法对称取的合金原料进行高能球磨制取纳米级合金粉体并退火处理；步骤2、将步骤1制得的纳米级合金粉体，在放电等离子热压烧结炉中进行反应烧结制取Ti2AlNb合金烧结试样；步骤3、对步骤2所得Ti2AlNb合金烧结试样进行固溶与时效处理后即可得到最终的Ti2AlNb合金试样。

技术领域

本发明属于复合材料制备方法技术领域，具体涉及一种粉末冶金法制备Ti2AlNb合金的方法。

技术背景

现有的Ti2AlNb合金制备方法主要包括铸造法、铸锭冶金法和粉末冶金法。

铸造法和铸锭冶金法可以归类为传统的制造方法，其特点在于工艺控制及技术应用都较为成熟，已经使用于大规模工业生产，是当前Ti2AlNb合金特别是大型Ti2AlNb合金构件的主要生产方式。然而，由于Ti2AlNb合金其成分比较复杂且各合金元素的理化性质相差较大，造成熔炼过程中的成分烧蚀以及铸造时产生偏析、疏松、铸态组织粗大等缺陷。尽管通过热机械加工结合适当的热处理工艺能够优化铸锭的显微组织，有效地改善组织缺陷所带来的力学性能下降的问题，但这无疑为Ti2AlNb合金的生产增加了大量工序，使其生产制造过程更加繁复且制造成本上升。

而粉末冶金法作为一种近净成型方法，其优点在于能够直接成型所需工件，生产出来的工件经过简单的加工即可投入使用，免去了复杂的机械加工过程。且由于粉末冶金法的工艺特性，其生产得到的工件具有组织致密、晶粒细小的优良特点，有效地避免了铸造时容易产生的各种组织缺陷。

本发明提供一种使用粉末冶金法制备Ti2AlNb合金的方法，具体涉及通过添加V与Ta元素调控合金成分、使用放电等离子热压烧结炉烧结成型、通过热处理工艺调控显微组织结构，最终得到组织性能优异的Ti2AlNb合金。

就目前而言，市面上还没有出现同时添加V与Ta元素并结合放电等离子热压烧结制备Ti2AlNb合金的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉末冶金法制备Ti2AlNb合金的方法，利用市场上常见的Al-Ti中间合金替代单质Al不仅有利于烧结时各物相之间反应结合，同时还能够一定程度上避免单质Al容易氧化的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种粉末冶金法制备Ti2AlNb合金的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按合金成分配方Ti-22Al-(27-x-y)Nb-xV-yTa，其中0x≤5，0y≤5；称取Ti、Nb、V、Ta、Ti70Al30(at.％)中间合金和ZrO磨球，采用高能球磨法对称取的合金原料进行高能球磨制取纳米级合金粉体并退火处理；

步骤2、将步骤1退火处理后的纳米级合金粉体，在放电等离子热压烧结炉中进行反应烧结制取Ti2AlNb合金烧结试样；

步骤3、对步骤2所得Ti2AlNb合金烧结试样进行固溶与时效处理后即可得到最终的Ti2AlNb合金试样。

本发明的特点还在于，

步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、在烧结用石墨模具内壁喷涂氮化硼涂料，防止高温下C元素扩散参与Ti2AlNb合金的反应烧结过程影响其力学性能；

步骤2.2、将步骤1所得合金粉末装入烧结模具内，使用放电等离子热压烧结炉进行高温反应烧结，烧结温度为900℃～1300℃，升温速率为50℃～80℃，烧结压力为20MPa～70MPa，保温时间为20min～120min，烧结过程中炉内需保持较高的真空度，反应烧结完成后待其冷却至室温取出即得到Ti2AlNb合金烧结试样；