專利名稱：一種制備高鈮鈦鋁合金粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種高鈮鈦鋁合金粉末的制備方法。具體 是以高鈮鈦鋁合金鑄錠為原料采用無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰性氣體霧化工藝制成粉末的制備方 法。
背景技術(shù)：
為提高航空和航天飛行器的工作效率，必須增加推力和節(jié)省燃料，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫 度和減輕飛行器的重量。因此，航空和航天發(fā)動(dòng)機(jī)的選材應(yīng)具備"更輕、更剛、更強(qiáng)和更耐熱" 的特性。具有低密度、高熔點(diǎn)、高彈性模量，有一定塑性的金屬間化合物材料在最近二十多 年得到廣泛關(guān)注，成為提供這些特性的最佳材料之一。Y-TiAl基金屬間化合物由于其密度低，具有高的比強(qiáng)度和比彈性模量，在高溫時(shí)仍可以 保持足夠高的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)它還具有良好的抗蠕變及氧化能力，具有在下個(gè)十年推動(dòng)結(jié) 構(gòu)材料變革的潛力，被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料。高Nb-TiAl合金以其優(yōu)良 的抗氧化性能，高的室溫和高溫強(qiáng)度及耐高溫蠕變性能成為新一代TiAl合金。由于TiAl合金室溫塑性低，韌度差,難于機(jī)加工,至今仍是大量生產(chǎn)TiAl零件的主要障礙。目 前高鈮鈦鋁合金的制備以鑄錠冶金為主，在采用等離子冷床熔煉和自耗凝殼的鑄錠中，所得 鑄錠組織粗大，有黑色L偏析。采用粉末冶金方法可制取近終形的TiAl基合金制品，能有效解決TiAl金屬間化合物加工 成形的困難，但是粉末的制備是粉末冶金方法的前提和基礎(chǔ)。由于高鈮鈦鋁室溫塑性低，加 工成形困難，所以采用粉末冶金方法可以制備近終成形零件解決高鈮鈦鋁成形問(wèn)題。常規(guī)鈦鋁粉末制備主要采用機(jī)械粉碎法和霧化法。由于機(jī)械粉碎法制得的鈦鋁合金粉末 氧含量偏高，其使用率呈下降趨勢(shì)。霧化法又分為惰性氣體霧化法和立新霧化法。離心霧化 法中用于制備鈦鋁合金粉末的以旋轉(zhuǎn)電極霧化法偏多。但是離心霧化法雖然制備的粉末純度 較高，但是粉末太粗，細(xì)粉率太低，在后續(xù)加工中不好使用。所以常規(guī)鈦鋁粉末制備以惰性 氣體霧化為主。氣體霧化法是利用高壓氣體作為霧化介質(zhì)來(lái)破碎連續(xù)的熔融金屬細(xì)流。氣體 霧化法可以獲得直徑50~10(^m的金屬粉末，氣體霧化粉為光滑圓球形，冷卻速率為 102~103°C/s。氣體霧化法又分有坩鍋氣體霧化法和無(wú)坩鍋氣體霧化法。有坩堝氣體霧化法是在坩堝中將金屬熔化后，金屬熔液流過(guò)細(xì)的噴嘴滴下時(shí)吹入高速旋 轉(zhuǎn)氣體制取粉末的方法。TiAl合金是高熔點(diǎn)活性金屬，而且對(duì)組織非常敏感，在坩堝中熔化 時(shí)易污染，無(wú)法保持純度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于以高鈮鈦鋁鑄錠為原料制備純凈的高鈮鈦鋁粉末，為采用粉末冶金工 藝制備復(fù)雜形狀的鈦鋁合金零件提供原料保證。由于高鈮鈦鋁熔點(diǎn)較高，而且為了得到低雜質(zhì)含量的粉末，采用無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰 性氣體霧化工藝。一種高鈮鈦鋁合金粉末的制備方法，原料采用鑄態(tài)高鈮鈦鋁基合金鑄錠，化學(xué)成分原子 百分比at.。/。為Al:45-46%, Nb:5-10%, W:0.2-l。/o，Y:0.01-0.1 /o,余量為Ti;本發(fā)明的工藝流程如下熔煉—均熱化處理—車削加工—機(jī)加工成可以連接的棒材—無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰性氣 體霧化制粉 具體工藝步驟為熔煉釆用等離子冷床工藝制備鑄錠均勻化處理在1100—130(TC保溫24—48小時(shí)，進(jìn)行均熱化處理；車削加工將退火后的鑄錠的表面氧化皮去除；棒材制備:采用的線切割和機(jī)加工方法將鑄錠加工成以螺紋連接的直徑為20-25 mm長(zhǎng)度 為200 —500mm的棒材，然后進(jìn)行車削處理去除棒材表面的氧化鐵皮；粉末制備采用無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰性氣體霧化工藝將高鈮鈦鋁合金棒材制成粉末。 工藝參數(shù)為惰性氣體壓力2.0-5.0MPa，氬氣流量160-220Ls—1。無(wú)坩堝氣體霧化法是將細(xì)長(zhǎng)的TiAl合金棒通過(guò)感應(yīng)圈緩慢下降，感應(yīng)加熱熔化的液體被 來(lái)自噴嘴的氬或氦氣霧化成粉。改變?nèi)刍饘俚捏w積、霧化氣的壓力、流量和噴嘴的形狀等 參數(shù)可以控制粉末的粒度。由于熔化的金屬不與坩堝和其它器皿接觸，粉末不被污染，可制 取低氧高純TiAl合金粉。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所制備的粉末球形度很好，純度高，具有很好的流動(dòng)性而且粉末收得 率高。所制備的粉末球形度達(dá)到80_95%，粉末收得率75—85%。當(dāng)粒度為-200目時(shí)，合金 粉中的氧含量為1150ppm。


圖1為高鈮鈦鋁粉末形貌。度分布曲線。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l采用等離子冷床工藝熔煉高鈮鈦鋁鑄錠，在1200'C保溫24小時(shí)，進(jìn)行均熱化處理；然 后將鑄錠的表面氧化皮去除；采用的線切割方法將鑄錠加工成可以連接的直徑為20mm長(zhǎng)度 為220mm的棒材，然后進(jìn)行車削處理去除棒材表面的氧化鐵皮；采用無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰 性氣體霧化工藝將棒材制成粉末，工藝參數(shù)為惰性氣體壓力3.0MPa，氬氣流量180L s—1。所 制備的粉末球形度達(dá)到92%，粉末收得率85%。當(dāng)粒度為-200目時(shí)，合金粉中的氧含量為 1150ppm。實(shí)施例2采用自耗凝殼工藝?yán)訜捀哜夆佷X合金后制成直徑為30mm，長(zhǎng)度為150 mm的圓棒鑄坯，然 后將鑄坯的表面氧化皮去除，將鑄坯加工成可以連接的直徑為25mm長(zhǎng)度為140mm的棒材；采用 無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰性氣體霧化工藝將棒材制成粉末，工藝參數(shù)為惰性氣體壓力3. OMPa， 氬氣流量200Ls—、所制備的粉末球形度達(dá)到93%，粉末收得率87%。當(dāng)粒度為-200目時(shí)，合 金粉中的氧含量為1200卯m。
權(quán)利要求
1.一種高鈮鈦鋁預(yù)合金粉末的制備方法，其特征在于原料采用鑄態(tài)高鈮鈦鋁基合金鑄錠，化學(xué)成分原子百分比at.％為Al45-46％，Nb5-10％，W0.2-1％，Y0.01-0.1％，余量為Ti；；工藝流程為熔煉→均熱化處理→車削加工→機(jī)加工成可以連接的棒材→無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰性氣體霧化法，具體步驟為(1)熔煉采用等離子冷床工藝；(2)在1100-1300℃保溫24-48小時(shí)，進(jìn)行均熱化處理；然后將鑄錠的表面氧化皮去除；(3)采用的線切割和機(jī)加工方法將鑄錠加工成以螺紋連接的直徑為20-25mm長(zhǎng)度為200-500mm的棒材，然后進(jìn)行車削處理去除棒材表面的氧化鐵皮；(4)采用無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰性氣體霧化工藝將棒材制成粉末，工藝參數(shù)為惰性氣體壓力2.0-5.0MPa，氬氣流量160-220L s-1。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種高鈮鈦鋁合金粉末的制備方法。原料采用鑄態(tài)高鈮鈦鋁基合金鑄錠，工藝流程為熔煉→均熱化處理→車削加工→機(jī)加工成可以連接的棒材→無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰性氣體霧化法，具體步驟為(1)熔煉采用等離子冷床工藝；(2)在1100-1300℃保溫24-48小時(shí)，進(jìn)行均熱化處理；然后將鑄錠的表面氧化皮去除；(3)采用的線切割和機(jī)加工方法將鑄錠加工成以螺紋連接的直徑為20-25mm長(zhǎng)度為200-500mm的棒材，然后進(jìn)行車削處理去除棒材表面的氧化鐵皮；(4)采用無(wú)坩堝感應(yīng)加熱連續(xù)惰性氣體霧化工藝將棒材制成粉末，工藝參數(shù)為惰性氣體壓力2.0-5.0MPa，氬氣流量160-220Ls^-1。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所制備的粉末球形度很好，純度高，具有很好的流動(dòng)性而且粉末收得率高。所制備的粉末球形度達(dá)到80-95％，粉末收得率75-85％。
文檔編號(hào)B22F9/08GK101259536SQ20081010473
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者何新波, 曲選輝, 王衍行, 趙麗明, 陳國(guó)良 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)