ZrTiAlNiV合金的制备方法技术

本发明专利技术公开一种ZrTiAlNiV合金的制备方法，具体为SPS电场辅助烧结粉末冶金，包括以下步骤：S1、粉体混合：将平均粒径为10～20μm的锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体进行混合，各化学成分的质量百分比为：锆45～50％，钛42～45％，铝2～10％，镍2～3％，钒1～3％；S2、采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结：将混合粉体装入烧结模具，在氮气保护下，采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，烧结温度为1400℃～1500℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/min，保温时间为5～30min，氮气压力为0.1Pa；S3、随炉降温，取出，得到ZrTiAlNiV合金。Ni元素的加入有效提高ZrTiAlNiV合金的延伸率，而且本发明专利技术的制备方法简单，不会引入大量杂质，所制备合金的晶粒尺寸得到细化，强度和延伸率得到提高，性能均匀稳定。

【技术实现步骤摘要】
ZrTiAlNiV合金的制备方法
本专利技术属于材料制备
，涉及一种ZrTiAlNiV合金的制备方法。
技术介绍
锆合金是经过长期考验的优质抗核辐照材料，具有抗辐照损伤的潜质；并且具有优异的抗腐蚀性能，具有抗原子氧侵蚀的潜质；其膨胀系数小，结构与尺寸稳定，可做精密零部件，具有抗交变温度和可精密加工的潜质。ZrTiAlNiV合金，是结构材料领域发展较为迅速的锆合金品种之一，其强度和硬度很高,其目前的制备方法是将Zr、Ti、Al、Ni及V五种元素合金原料压制成圆柱状的原始料块，然后将原始料块焊接成自耗电弧炉的电极。在ZHT-001型真空自耗电弧炉中利用原料做的电极与水冷铜坩埚之间放电形成电弧进行熔炼，原料电极熔炼后被滴入水冷铜坩埚内，从而形成铸锭。该方法制备的材料晶粒尺寸很大，在300～500μm，且制备过程中容易引入大量的杂质，从而使材料的延伸率降低且不稳定。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种ZrTiAlNiV合金的制备方法，其采用电场辅助烧结粉末冶金，制得了高强度和高延伸率的ZrTiAlNiV合金，而且制备过程中未引入大量杂质，且ZrTiAlNiV合金的力学性能均匀稳定。本专利技术是这样实现的：一种ZrTiAlNiV合金的制备方法，其具体包括以下步骤：S1、粉体混合：将锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体进行混合，各化学成分的质量百分比为：锆45～50％，钛42～45％，铝2～10％，镍2～3％，钒1～3％；S2、采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结：将上述混合粉体装入模具，在氮气保护下，采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，烧结温度为1400℃～1500℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/min，保温时间为5～30min，氮气压力为0.1Pa；S3、随炉降温，取出，得到ZrTiAlNiV合金。优选地，锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体的平均粒径均为10～20μm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术的原料中引入Ni元素，有效的提高了ZrTiAlNiV合金的延伸率。(2)本专利技术采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，在加压过程中烧结，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉体的烧结温度，同时放电等离子烧结工艺的低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态，本专利技术通过严格控制工艺参数，有效细化晶粒，提高延伸率，制备过程不引入大量杂质，制备出的ZrTiAlNiV合金材料晶粒尺寸在50～100μm，具有高的强度和延伸率，断裂强度可达到1620MPa～1850MPa，延伸率可达到15～22％，材料力学性能均匀稳定。附图说明图1为本专利技术的实施例1制备的ZrTiAlNiV合金的SEM图。具体实施方式以下将结合附图详细说明本专利技术的示例性实施例、特征和性能方面。本专利技术提供一种ZrTiAlNiV合金的制备方法，其具体包括以下步骤：S1、粉体混合：将锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体进行混合，各化学成分的质量百分比为：锆45～50％，钛42～45％，铝2～10％，镍2～3％，钒1～3％；锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体的平均粒径均为10～20μm；引入Ni元素，有效的提高合金的延伸率；S2、采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结：将上述混合粉体装入模具，在氮气保护下，采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，烧结温度为1400℃～1500℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/min，保温时间为5～30min，氮气压力为0.1Pa；采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，在加压过程中烧结，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉体的烧结温度，同时放电等离子烧结工艺的低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态，通过严格控制工艺参数，有效细化晶粒，提高延伸率，而且制备过程中不会引入大量杂质。S3、随炉降温，取出，得到ZrTiAlNiV合金。实施例1S1、粉体混合：将锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体进行混合，各化学成分的质量百分比为：锆45％，钛42％，铝10％，镍2％，钒2％，将混合粉体装入球磨机中进行球磨1小时，保证粉体混合均匀；S2、采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结：将上述混合粉体装入模具，在氮气保护下，采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/min，保温时间为30min，氮气压力为0.1Pa；S3、随炉降温，取出，得到ZrTiAlNiV合金。如图1所述，图1为制得的ZrTiAlNiV合金的SEM图，ZrTiAlNiV合金的晶粒尺寸为60μm，对ZrTiAlNiV合金试样进行拉伸试验，测试断裂强度和延伸率，经测试，断裂强度为1800MPa，延伸率为16％。实施例2S1、粉体混合：将锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体进行混合，各化学成分的质量百分比为：锆45％，钛42％、铝8％、镍3％，钒2％，将混合粉体装入球磨机中进行球磨1小时，保证粉体混合均匀；S2、采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结：将上述混合粉体装入模具，在氮气保护下，采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，烧结温度为1500℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/min，保温时间为20min，氮气压力为0.1Pa；S3、随炉降温，取出，得到ZrTiAlNiV合金。制得的ZrTiAlNiV合金的晶粒尺寸为93μm，对ZrTiAlNiV合金试样进行拉伸试验，测试断裂强度和延伸率，经测试，断裂强度为1650MPa，延伸率为20％。实施例3S1、粉体混合：将锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体进行混合，各化学成分的质量百分比为：锆50％，钛45％、铝2％、镍2％，钒1％，将混合粉体装入球磨机中进行球磨1小时，保证粉体混合均匀；S2、采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结：将上述混合粉体装入模具，在氮气保护下，采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/min，保温时间为10min，氮气压力为0.1Pa；S3、随炉降温，取出，得到ZrTiAlNiV合金。制得的ZrTiAlNiV合金的晶粒尺寸为62μm，对ZrTiAlNiV合金试样进行拉伸试验，测试断裂强度和延伸率，经测试，断裂强度为1780MPa，延伸率为17％。实施例4S1、粉体混合：将锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体进行混合，各化学成分的质量百分比为：锆50％，钛45％、铝2％、镍1％、钒2％，将混合粉体装入球磨机中进行球磨1小时，保证粉体混合均匀；S2、采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结：将上述混合粉体装入模具，在氮气保护下，采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，烧结温度为1500℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/min，保温时间为20min，氮气压力为0.1Pa；S3、随炉降温，取出，得到ZrTiAlNiV合金。制得的ZrTiAlNiV合金的晶粒尺寸为80μm，对ZrTiAlNiV合金试样进行进行拉伸试验，测试断裂强度和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZrTiAlNiV合金的制备方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：S1、粉体混合：将锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体进行混合，各化学成分的质量百分比为：锆45～50％，钛42～45％，铝2～10％，镍2～3％，钒1～3％；S2、采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结：将上述混合粉体装入模具，在氮气保护下，采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结，烧结温度为1400℃～1500℃，烧结压力为30MPa，升温速率为30℃/min，保温时间为5～30min，氮气压力为0.1Pa；S3、随炉降温，取出，得到ZrTiAlNiV合金。

【技术特征摘要】
1.一种ZrTiAlNiV合金的制备方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：S1、粉体混合：将锆粉体、钛粉体、铝粉体、镍粉体和钒粉体进行混合，各化学成分的质量百分比为：锆45～50％，钛42～45％，铝2～10％，镍2～3％，钒1～3％；S2、采用放电等离子烧结工艺在电场辅助下进行烧结：将上述混合粉体装入模具，在氮气保护下，采用放电等离子烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆俊廷，王昊天，顾勇飞，张春祥，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13