[发明专利]一种负热膨胀系数可调的钛铌合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种负热膨胀系数可调的钛铌合金的制备方法，所述制备方法为：将掺杂有Nb元素的钛合金经固溶处理后进行淬火冷却，得到由β+α″相组成的钛铌合金，再将其进行冷形变加工，冷形变加工后进行预时效处理，得到随温度变化时沿轧制方向伸缩的钛铌合金。本发明制备方法通过改变预时效处理时间，使合金沿轧制方向在25℃～300℃的温度范围内具有‑33.0×10^‑6/K～‑0.9×10^‑6/K的可调节负热膨胀系数；本发明制得的钛铌合金能够适用于制备热开关、智能阀门等高性能的温度敏感元件以及高尺寸稳定性要求的高精度仪器构件。

技术领域

本发明涉及一种负热膨胀系数可调的钛铌合金的制备方法。

背景技术

物体的体积或长度随温度的改变而发生相对变化的现象称为热膨胀。普通材料一般均具有正热膨胀系数，这是其固有禀性。当物体存在较大的温度变化时，一方面容易产生热应力，例如，基板和薄膜之间的热膨胀系数的差异会产生内应力，从而影响薄膜的物理、电气和热性能；另一方面会使构件产生明显的尺寸变化，从而影响精密仪器的精度，也导致桥梁、铁路轨道等大型结构的接缝处必须留有伸缩缝。当将正热膨胀材料与合适的负热膨胀材料进行复合时，可以在宽范围内调节材料的膨胀系数，实现异种材料的连接，甚至实现零膨胀，从而能很好地解决上述问题。当材料的负热膨胀系数极小或接近于零时，可直接用于制备具有高尺寸稳定性要求的高精度仪器构件。另一方面，当将正热膨胀材料和具有高负热膨胀特性的材料进行复合时，还可用于制备热开关、智能阀门等高性能的温度敏感元件。

目前已经开发的比较成熟的负热膨胀材料主要是陶瓷材料，如氧化物陶瓷(钨酸盐、钼酸盐、铬酸盐等)、微晶玻璃等，但其制造工艺复杂，成本高，机械强度低。从实用角度出发，金属材料具有强度高，韧性好，易加工等优点，因此开发具有负热膨胀的金属材料具有重要的实用价值。

近年来报道的几种具有负热膨胀特性的钛合金。H.Y.Kim等采用Ti-35Nb-3Zr-2Ta-0.3O合金，通过固溶淬火、98.5％形变率的冷轧等加工手段，在-93℃～17℃的温度范围获得-0.8×10^-6/K的负膨胀系数(H.Y.Kim，L.Wei，S.Kobayashi.Nanodomain structureand its effect on abnormal thermal expansion behavior of a Ti-23Nb-2Zr-0.7Ta-1.2O alloy.Acta.Mater.61(2013)4874-4886)。Y.L.Hao等采用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金，通过热锻、95％形变率的热轧等加工手段，在20℃～300℃的温度范围获得-7×10^-6/K的负膨胀系数(Y.L.Hao，H.L.Wang，T.Li.Superelasticity and Tunable Thermal Expansionacross a Wide Temperature Range.J.Mater.Sci.Technol.32(2016)705-709)。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中具有负热膨胀特性的钛合金存在的负热膨胀系数可调节范围窄且适用温度范围不宽的问题，提供一种负热膨胀系数可调的钛铌合金的制备方法，通过本发明方法制得的钛铌合金沿轧制方向可达到接近零的负热膨胀系数，从而能够得到在一定范围温度变化下尺寸稳定性高的产品，并且通过调节制备工艺过程中的特定参数，可实现钛铌合金负热膨胀系数大范围的调节。

技术方案：本发明所述的负热膨胀系数可调的钛铌合金的制备方法，所述制备方法为：将掺杂有Nb元素的钛合金经固溶处理后进行淬火冷却，得到同时具有β+α″相的钛铌合金，再将其进行冷形变加工，冷形变加工后进行预时效处理，得到随温度变化时沿轧制方向伸缩的钛铌合金。

其中，所述掺杂有Nb元素的钛合金中，各元素的重量百分比为：Nb：34.0％～34.1％；O：0.10％～0.12％；余量为Ti。

其中，所述预时效处理的处理温度为300℃～304℃，处理时间为0min～150min。