專利名稱：一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法
技術領域：
本發明屬于粉末冶金技術領域，涉及一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法。
背景技術：
隨著航天航空及汽車等領域的迅速發展，鈦鋁金屬間化合物由于其優異的性能成為未來最有發展潛質的高溫結構材料，在航空航天等領域進行廣泛的應用，如航天用發動機中的各種零部件、高級跑車中的發動機零部件等。粉末冶金制備TiAl基合金的工藝按原料粉末可分為元素粉末法和預合金粉末法。以元素粉末為原料，成本較低，但由于Kirkendall效應，反應燒結中會產生大幅度體積膨脹，因而采用無壓燒結難以獲得高致密材料，同時也因其氧及雜質含量較高，燒結性能較·差，使合金制件的性能受到消弱，熱壓或者熱等靜壓等工藝雖然能得使材料得到較高致密度，但是成本較貴；預合金粉末方法的成分均勻性好，氧及雜質含量低，力學性能好，但是目前生產TiAl金屬間化合物的方法一般采用機械合金化、真空冶煉等方法生產。在這些方法中，機械合金化容易產生各種夾雜；真空冶煉存在成分偏析，操作難點大，容易產生各種夾雜等缺點。因此很有必要對制備合金粉的方法進行探討，開發新的工藝來進行合金粉的生產，使生產出來的合金粉成本較低，夾雜較少，純度較高，且制備工藝較簡單。王軍等利用氫化鈦脫氫制得的鈦粉和鋁粉為原料，經過機械混合后在管式爐中進行擴散反應制得了 TiAl合金粉，但是以氫化鈦脫氫制得的鈦粉在價格上較氫化鈦貴，并且加上鈦粉較氫化鈦粉的活性大，導致鈦粉中氧等夾雜含量較高，對后面的進一步加工很不利。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法。氫化鈦粉相對鈦粉具有較低的價格，在燒結溫度不是很高的情況下燒結得到TiAl合金粉，最后燒結得到的合金粉具有非常高的純度，并且此方法的操作過程很簡單。因此，可作為制備高純TiAl合金粉的一種方法。—種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法,其特征在于
1)按照Ti、Al原子比為1:1稱量氫化鈦粉和鋁粉，在高能球磨機中進行均勻化；其過程添加甲苯為控制劑防止氧化；
2)將上述混合均勻后的物料放入真空度為彡4.OX KT2Pa的快速升溫管式電爐中，在100-650°C為擴散反應溫度，升溫速率為2 4°C /min，保溫時間為IOminl小時；低速率升溫擴散反應目的是為了鋁粉的擴散反應以及氫化鈦粉的脫氫。燒結溫度為750-1000°C，升溫速率為4 8°C /min，保溫時間為1_5小時，較高溫度保溫是為了鈦和鋁間的合金化。3)加熱結束后隨爐冷卻，經過研磨即得TiAl金屬間化合物粉末，平均粒度為10—50 μ mD
由于期間首先在低溫保溫階段或者升溫過程中進行氫化鈦的脫氫，使得振動球磨后的混合粉各種缺陷減少而使部分能量釋放，而Ti、Al混合粉的擴散對保溫時間的敏感性比其對溫度的敏感性低很多，因此簡單的延長幾個小時仍不會得到較純的TiAl合金粉，所以脫氫后的Ti、Al粉在較低的溫度范圍內無法進行充分的合金化，只有加熱到一定溫度，給Ti、Al粉的擴散提供足夠的能量，才能得到非常純的TiAl合金粉。同時，由于氫化鈦粉在價格上較氫化鈦脫氫制得的鈦粉便宜較多，遠遠低于由于升溫而產生的附加成本。因此，本發明具有鮮明的實際意義。本發明的優點為常規制取TiAl金屬間化合物粉末則是以鈦粉和鋁粉為原料，所用鈦粉又是用氫化鈦脫氫制得，因而價格較高；本發明則是直接用氫化鈦粉末和鋁粉為原料，在高真空下且溫度較低的情況下進行燒結，不但成本低，所得的TiAl金屬間化合物粉末含有雜質也很少；上述方法的工藝過程極簡單。
具體實施例方式實施例I :
步驟I :稱取平均粒度為30 μ m的氫化鈦粉240g，平均粒度為8 μ m的鋁粉135g，在高能球磨機中混合I小時，其中添加甲苯為控制劑防止氧化；
步驟2 :將混合粉末在真空度為3X 10_3Pa的快速升溫管式電爐中進行加熱，加熱工藝為以3°C /min的加熱速度加熱到120。。，在120°C保溫IOmin,從120°C以3°C /min的加熱速度升溫至500°C，進行保溫2小時，然后以6°C /min的加熱速度升溫到750°C，再保溫2小時；
步驟3 :將加熱后的粉末隨爐冷卻，進行簡單研磨即得平均粒度為ΙΟμπι的TiAl金屬間化合物粉末。實施例2:
步驟I :稱取平均粒度為50 μ m的氫化鈦粉240g，平均粒度為15 μ m的鋁粉135g，在高能球磨機中混合20小時，其中添加甲苯為控制劑防止氧化；
步驟2 :將混合粉末在真空度為3X10_2Pa的快速升溫管式電爐中進行加熱，加熱工藝為以3°C /min的加熱速度加熱到120°C，在120°C保溫lOmin，從120°C以6°C /min的升溫速度升溫到1000°C，然后在1000°C保溫3小時；
步驟3 :將加熱后的粉末隨爐冷卻，進行簡單研磨即得平均粒度為30μπι的TiAl金屬間化合物粉末。
權利要求
1.一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法，其特征在于 (1)按照Ti、Al原子比為1:1稱量氫化鈦粉和鋁粉，在高能球磨機中球磨廣24小時進行均勻化；其過程添加甲苯為控制劑防止氧化； (2)將上述混合均勻后的物料放入真空度為彡4.OX KT2Pa的快速升溫管式電爐中，在100-650°C進行脫氫處理，升溫速率為2 4°C /min，保溫時間為IOminl小時；然后直接加熱到高溫，在750-1000°C進行保溫1-5小時進行合金化；低速率升溫擴散反應目的是為了鋁粉的擴散反應以及氫化鈦粉的脫氫，較高溫度保溫是為了鈦和鋁之間的合金化； (3)加熱結束后隨爐冷卻，經研磨后即得TiAl金屬間化合物粉末。
2.根據權利要求I所述的一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法，其特征在于所用原料氫化鈦粉的平均粒度為2(Γ65μπι，鋁粉的平均粒度為5 20μπι。
3.根據權利要求I所述的一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法，其特征在于步驟(3)研磨后TiAl金屬間化合物粉末的平均粒度為10-50 μ m。
全文摘要
本發明屬于粉末冶金技術領域，涉及一種用氫化鈦粉制備TiAl金屬間化合物粉末的方法。其制備步驟如下按照Ti、Al原子比為1:1稱量氫化鈦粉和鋁粉，經高能球磨機球磨混合均勻，其過程添加甲苯為控制劑防止氧化，然后在真空度為4.0×10-2~4.0×10-3Pa的快速升溫管式電爐中以一定的工藝進行燒結，隨爐冷卻后得到TiAl金屬間化合物。本發明工藝過程簡單，原料較便宜的氫化鈦粉，溫度較低的情況下擴散與燒結后，經過簡單研磨即得到純度非常高TiAl金屬間化合物粉末，其粉末可以通過粉末冶金常用方法進行成形等后續加工。
文檔編號B22F9/20GK102825259SQ20121035410
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者邵慧萍, 王志, 林濤, 郭志猛, 葉青, 王軍, 孫森, 呂紹元 申請人:北京科技大學