本發(fā)明屬于鈮鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法。

背景技術(shù)：

自1990年被美國(guó)和日本系統(tǒng)研究以來(lái)，鈮鋁合金因?yàn)橛休^高的熔點(diǎn)、較低的密度、較好的高溫強(qiáng)度和室溫?cái)嗔秧g性，被研究用于高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片。

目前，已知的鈮鋁合金制備方法主要有機(jī)械合金化法、卷繞法、快速加熱冷滲法、快速融化凝固法、電加熱粉末軋制法、熔鹽金屬熱還原法、激光沉積制備法、高溫熔煉法、浸漬-脫氫法和電化學(xué)沉積法等。但上述方法中存在制備時(shí)間太長(zhǎng)、制備過(guò)程中易氧化、合金樣品的顆粒度大、合金樣品的顆粒分布不均勻等問(wèn)題。在公開(kāi)的研究中，通過(guò)優(yōu)化合金制備的反應(yīng)速率、控制鈮顆粒大小、調(diào)節(jié)基體和延性顆粒的結(jié)合狀態(tài)，提高合金結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，可改變鈮鋁合金的韌性；通過(guò)超聲波沖擊鹽溶液中的合金成分，提高合金的斷裂韌性和強(qiáng)度。極冷極熱是常規(guī)生產(chǎn)合金的重要過(guò)程，在常規(guī)合成方法中，達(dá)到高溫高壓狀態(tài)和從高溫高壓狀態(tài)到常溫常壓耗費(fèi)在數(shù)十分鐘至數(shù)十小時(shí)不等，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)極冷極熱的轉(zhuǎn)換效果，燒結(jié)效果不理想。此外，熱量有助于合金的合成，當(dāng)沖擊波合成一部分鈮鋁合金后，鈮粉與鋁粉合成過(guò)程中會(huì)自發(fā)釋放熱量。

另一方面，壓力和反應(yīng)時(shí)間也是生成合金的重要因素。此前美國(guó)新墨西哥采礦技術(shù)大學(xué)和加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校用化爆接觸爆炸加載法產(chǎn)生平面沖擊波合成鈮鋁合金，但接觸爆炸只有爆轟波波陣面鄰區(qū)的能量對(duì)樣品進(jìn)行壓縮做功，沒(méi)有借助飛片等撞擊平面，產(chǎn)生的沖擊波并不均勻，影響合金的均勻性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述問(wèn)題，提供一種制備時(shí)間短的沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，包括以下步驟：

s1、將鋁粉與鈮粉在手套箱中攪拌混合使粉末混合均勻；

s2、將混合均勻的粉末按照設(shè)定的質(zhì)量稱(chēng)量，放入壓片機(jī)模具中，使用壓片機(jī)將粉末預(yù)壓成片；

s3、將壓片放入回收盒并擰緊，隨后將回收盒放入大質(zhì)量鋼架中，確?；厥蘸械撞恐行呐c炮管口中心對(duì)齊，為防止壓片氧化，此步驟需在3小時(shí)內(nèi)完成，越快越好；

s4、使用輕氣炮驅(qū)動(dòng)飛片撞擊回收盒，產(chǎn)生的沖擊波對(duì)壓片進(jìn)行沖擊壓縮做功，形成高溫高壓環(huán)境，制備得到鈮鋁合金；

s5、在將鈮鋁合金取出的過(guò)程中為防止該過(guò)程中產(chǎn)生的高溫促使已合成的鈮鋁合金與鈮粉、鋁粉發(fā)生發(fā)應(yīng)，進(jìn)而影響樣品表征，不能使用線(xiàn)切割機(jī)等易產(chǎn)生高溫的裝置進(jìn)行取樣，可使用車(chē)床將鈮鋁合金從回收盒取出，并將鈮鋁合金表面的雜質(zhì)磨掉。

優(yōu)選地，所述鋁粉與鈮粉的純度均大于99.9％，鋁粉與鈮粉的質(zhì)量百分比為30:70～70:30。

優(yōu)選地，所述鋁粉與鈮粉的顆粒度大小相同，粒徑不大于325目，并且粒徑越小越好。

優(yōu)選地，在步驟s2中，因?yàn)轭w粒度很細(xì)的鋁粉容易爆燃，安全起見(jiàn)，從鈮粉與鋁粉的混合到壓制成片的過(guò)程，均需在手套箱中完成。

優(yōu)選地，為了更好的實(shí)現(xiàn)極冷極熱過(guò)程，選用散熱快的紫銅或銅鋁合金制作回收盒。

優(yōu)選地，所述飛片沖擊速度范圍為2.1～2.9km/s。

優(yōu)選地，所述輕氣炮為二級(jí)輕氣炮，二級(jí)輕氣炮包括兩個(gè)氣室，引爆一級(jí)氣室中的炸藥，推動(dòng)活塞平穩(wěn)壓縮二級(jí)氣室中的輕質(zhì)氣體，達(dá)到預(yù)定壓強(qiáng)使膜片破裂，驅(qū)動(dòng)飛片以一定的速度撞擊回收盒。

優(yōu)選地，在步驟s5中，使用拋光機(jī)和砂紙將鈮鋁合金表面的雜質(zhì)磨掉。

優(yōu)選地，所述回收盒包括臺(tái)座和螺旋蓋，臺(tái)座表面內(nèi)凹形成樣品倉(cāng)；螺旋蓋包括相連的螺紋段和支撐段，螺紋段的直徑大于支撐段的直徑，樣品倉(cāng)包括與支撐段直徑相同的第一倉(cāng)以及與螺紋段螺紋配合的第二倉(cāng)，第一倉(cāng)的深度大于支撐段的長(zhǎng)度。

優(yōu)選地，所述螺紋段的頂部開(kāi)設(shè)有直線(xiàn)溝槽。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明所提供的一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，利用鈮鋁合金制備為放熱反應(yīng)的特點(diǎn)，結(jié)合沖擊壓縮輕氣炮沖擊壓縮加載時(shí)間快、壓力分布均勻、產(chǎn)品顆粒度細(xì)和燒結(jié)性能好等優(yōu)點(diǎn)，可在數(shù)十至數(shù)百納秒時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓制備鈮鋁合金，大大減少制備時(shí)間。

2、本方法只使用鋁粉和鈮粉，沒(méi)有添加其他物質(zhì)，并且在沖擊壓縮前進(jìn)行了預(yù)壓處理，使制備過(guò)程中沒(méi)有副產(chǎn)物氣體或粉末生成，有利于環(huán)境保護(hù)。

3、由于本方法對(duì)壓片的孔隙度沒(méi)有要求，在壓片過(guò)程中不需要使用成型助劑或特殊的高壓力壓機(jī)，操作簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明沖擊壓縮制備鈮鋁合金時(shí)輕氣炮與回收盒的位置關(guān)系圖。

圖2是本發(fā)明回收盒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是實(shí)施例一中2.52km/s沖擊速度下合成的鈮鋁合金x射線(xiàn)衍射圖譜。

圖4是實(shí)施例二中2.60km/s沖擊速度下合成的鈮鋁合金x射線(xiàn)衍射圖譜。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、臺(tái)座；11、第一倉(cāng)；12、第二倉(cāng)；2、螺旋蓋；21、螺紋段；22、支撐段；23、直線(xiàn)溝槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明：

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，利用輕氣炮和回收盒制備鈮鋁合金，當(dāng)壓片預(yù)壓成功并放入回收裝置后，將靶室關(guān)閉，抽取真空；隨后引爆炸藥，使飛片以一定速度撞擊回收盒，產(chǎn)生的沖擊波對(duì)壓片做功，合成鈮鋁合金。

輕氣炮可選用二級(jí)輕氣炮，二級(jí)輕氣炮包括兩個(gè)氣室，引爆一級(jí)氣室中的炸藥，推動(dòng)活塞平穩(wěn)壓縮二級(jí)氣室中的輕質(zhì)氣體，達(dá)到預(yù)定壓強(qiáng)使膜片破裂，驅(qū)動(dòng)彈托和飛片以一定的速度從炮管飛出撞擊回收盒。

圖2為回收盒的結(jié)構(gòu)示意圖，回收盒包括臺(tái)座1和螺旋蓋2，為了避免稀疏波的影響，臺(tái)座1和螺旋蓋2由同一材料制成，臺(tái)座1整體為圓柱形，可降低制作難度，螺旋蓋2包括相連的圓柱形的螺紋段21和圓柱形的支撐段22，螺紋段21的直徑大于支撐段22的直徑，螺紋段21的外圓周面上開(kāi)設(shè)有螺紋，螺旋蓋2的頂部開(kāi)設(shè)有直線(xiàn)溝槽23，便于安裝和拆卸。

臺(tái)座1表面內(nèi)凹形成樣品倉(cāng)，臺(tái)座1開(kāi)設(shè)的樣品倉(cāng)包括連通的第一倉(cāng)11和第二倉(cāng)12，第二倉(cāng)12的內(nèi)圓周面上開(kāi)設(shè)有螺紋，并且第二倉(cāng)12與螺紋段21螺紋配合。第一倉(cāng)11與支撐段22直徑相同，第一倉(cāng)11的深度大于支撐段22的長(zhǎng)度，螺旋蓋2安裝在樣品倉(cāng)內(nèi)時(shí)，第一倉(cāng)11底部始終有部分空間空出來(lái)，該部分空間可用于放置壓片。當(dāng)壓片的厚度與預(yù)留的尺寸不一致時(shí)，可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋蓋進(jìn)行調(diào)節(jié)，固定壓片。

為了保證在回收盒放入壓片后沒(méi)有空隙，回收盒中第一倉(cāng)11的直徑與壓機(jī)模具的尺寸一致。由于飛片沖擊時(shí)具有較大的動(dòng)量，需要將回收盒放在大質(zhì)量鋼架中，保證樣品有充分的合成時(shí)間。臺(tái)座的底部較薄，在沖擊壓縮制備時(shí)，將回收盒底部既臺(tái)座的底部對(duì)準(zhǔn)炮管口。

實(shí)施例一

一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，產(chǎn)用銅制作的上述回收盒，包括以下步驟：

s1、將純度均為99.95％、顆粒度為325目的鋁粉與鈮粉按40:60的質(zhì)量百分比在手套箱中攪拌混合三十分鐘，使粉末混合均勻；

s2、在手套箱中將混合均勻的粉末按照1.53g稱(chēng)量，放入壓片機(jī)模具中，使用壓片機(jī)將粉末預(yù)壓成片；

s3、在手套箱中將壓片放入第一倉(cāng)并擰緊螺旋蓋，隨后將回收盒放入大質(zhì)量鋼架中，確?；厥蘸械撞恐行呐c炮管口中心對(duì)齊；

s4、使用二級(jí)輕氣炮，引爆炸藥，壓縮二級(jí)氣室中輕質(zhì)氣體，使飛片以2.5km/s的速度撞擊回收盒，產(chǎn)生的沖擊波對(duì)壓片進(jìn)行沖擊壓縮做功，形成高溫高壓環(huán)境，制備得到鈮鋁合金；

s5、使用車(chē)床將帶有銅皮的鈮鋁合金從回收盒取出，使用拋光機(jī)和砂紙將鈮鋁合金表面的銅磨掉。

反應(yīng)生成了的鈮鋁合金的x射線(xiàn)衍射曲線(xiàn)如圖2中連續(xù)曲線(xiàn)所示。任何一種物質(zhì)都有其特定的衍射花樣，圖2中的豎線(xiàn)為已證實(shí)的鈮鋁合金的x射線(xiàn)衍射圖譜，其衍射花樣和本實(shí)施例中反應(yīng)生成了的鈮鋁合金的x射線(xiàn)衍射峰吻合，說(shuō)明該樣品為鈮鋁合金。

實(shí)施例二

一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，產(chǎn)用銅制作的上述回收盒，包括以下步驟：

s1、將純度均為99.95％、顆粒度為325目的鋁粉與鈮粉按40:60的質(zhì)量百分比在手套箱中攪拌混合三十分鐘，使粉末混合均勻；

s2、在手套箱中將混合均勻的粉末按照1.45g稱(chēng)量，放入壓片機(jī)模具中，使用壓片機(jī)將粉末預(yù)壓成片；

s3、在手套箱中將壓片放入第一倉(cāng)并擰緊螺旋蓋，隨后將回收盒放入大質(zhì)量鋼架中，確保回收盒底部中心與炮管口中心對(duì)齊；

s4、使用二級(jí)輕氣炮，引爆炸藥，壓縮二級(jí)氣室中輕質(zhì)氣體，使飛片以2.6km/s的速度撞擊回收盒，產(chǎn)生的沖擊波對(duì)壓片進(jìn)行沖擊壓縮做功，形成高溫高壓環(huán)境，制備得到鈮鋁合金；

s5、使用車(chē)床將帶有銅皮的鈮鋁合金從回收盒取出，使用拋光機(jī)和砂紙將鈮鋁合金表面的銅磨掉。

反應(yīng)生成了的鈮鋁合金的x射線(xiàn)衍射曲線(xiàn)如圖3中連續(xù)曲線(xiàn)所示。圖3中的豎線(xiàn)為已證實(shí)的鈮鋁合金的x射線(xiàn)衍射圖譜，其衍射花樣和本實(shí)施例中反應(yīng)生成了的鈮鋁合金的x射線(xiàn)衍射峰吻合，說(shuō)明該樣品為鈮鋁合金。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。