硼化钛制造技术

公开了其中基本均匀分散有亚微米硼化钛的钛金属或钛合金及其制备方法。Ｔｉ合金粉末的Ｔｉ粉末在形成该粉末的颗粒中，基本均匀分散有不是晶须状或球状的硼化钛。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硼化钛 相关申请依照37C.F.R. 1.78(c),本申请要求基于2005年10月6日提出的 临时申请序列号60/724,166的优先权。专利技术背景在传统钛合金中添加相对少量的硼会提供强度、刚性和微结构稳 定性方面的重要改进。因为在所关心的所有温度下，硼都基本不溶于 钛，因此甚至添加非常少量的硼都会形成硼化钛。硼化钛的密度与传 统Ti合金几乎相同，但其刚性是传统钛合金的四倍高以上。因此，硼 化钛在刚性、抗张强度、蠕变和疲劳特性方面提供了显著的改进。由 于硼化钛与钛合金处于热动力平衡状态，因此在升高的温度下也没有 导致性能降低的界面反应。此外，因为硼化钛的热膨胀系数与钛合金 的几乎相同，因此几乎消除了残余的应力"获自JOM Article May 2004 "Powder Metallurgy Ti-6A1-4V Alloys: Processing, Microstructure, and Properties",通过参考引入其全部内容。目前有两种方法可以用于实现硼的添加1) TiB2的混合元素添 加和用于制备通常为纵横比10~1的晶须状的硼化钛的固态反应；和 2)由熔融方法产生的预合金粉末。混合元素方法(blended elemental approach)的击夹点在于混合该4分 末以达到均匀分散(决不可能是完美的)的额外努力以及将TiB2转化 为TiB所需的固态反应的额外时间和温度(1300°C, 6小时)。而且， 这种方法具有形成较大的硼化钛颗粒或具有会对性能造成不利影响 的残余硼化钛颗粒的潜在危险。根据用于形成部件的方法类型，形成 的硼化钛晶须会导致该部件的各向异性。预合金方法(pre-alloyed approach)的缺点在于在预合金材料中 容易留下较大的原始硼化物，这会造成较低的断裂韧性。涉及具有硼化钛的金属合金的制备的专利的代表性实例是2000 年8月8日颁布给(issued to) Davies等的Davies等的美国专利号 6099664，其中在熔融反应区中制备了 1-10微米粒度范围的硼化钛颗粒。2002年12月3日颁布(issued)的Blenkinsop等的美国专利号 6488073教导了合金的添加，其中在熔融合金材料中添加硼化钽或硼 化钨颗粒制备熔融混合物， 一经冷却在其中分散有硼化物。Abkowitz 的美国专利号5897830中公开了另 一种制备包含硼化物的钛合金的方 法，其中将硼化钛粉末与各种组分的粉末混合制备自耗锭，然后将其 浇铸或熔融形成制备物品。上述专利中所述的这些方法中的各种都具 有多个缺点，最明显的缺点是硼化物和硼化物颗粒粒度的不良分布。
技术实现思路
如美国专利号5779761、 5958106和6409797中所述的Armstrong Process非常出乎意料地显示在Ti或Ti合金粉末中提供了非常微细的 亚微米硼化钛的均匀分布，其全部内容通过引用结合进来。这消除了 对用于形成硼化钛的混合和固态反应的需求；还消除了对会不利影响 断裂韧性和其他机械性质的较大颗粒的关注。由于该硼化钛颗粒的细 度以及在大多数(如果不是几乎所有的话)的形成该粉末的颗粒中的 均匀分散，可以实现更好的各向同性机械性质。目前用于为Ti粉末添 加硼的方法中都不能实现这种类型的硼化钛分布，特别是亚微米粒度 范围的。因此，本专利技术的主要目的在于提供其中基本均匀分散有亚微米硼 化钛的钛金属或钛合金。本专利技术的另 一 目的在于提供其中基本均匀分散有亚微米硼化钛 的Ti粉末或Ti基合金粉末，其中该Ti粉末或Ti基合金粉末和硼化 钛是用液态碱金属或碱土金属或其混合物在反应区中对TiCl4和卤化 硼和Ti基合金组分的其他氯化物和/或面化物(如果存在)进行表面 下还原(subsurface reduction )所制备的。本专利技术的另 一 目的在于提供其中基本均匀分散有不是晶须状或 球状的亚微米硼化钛的Ti粉末或Ti基合金粉末。本专利技术的最终目的在于提供具有基本如附图说明图1-8中一幅或多幅中所 示的SEM的产品。本专利技术由某些新颖的特征和下文充分描述、附图中示出、后附权 利要求中特别指出的部分的组合所构成，应当理解可以在不脱离本发 明的精神或不牺牲本专利技术的任何优点的情况下对细节作出各种改变。附图的简要说明为了便于理解本专利技术，附图中示出了其优选的实施方案，当与以 下说明结合考虑时，从附图来看，本专利技术及其结构和操作以及其很多 优点应当更容易理解和认识。图1是放大倍率为50的其中基本均匀分散有亚微米硼化钛的钛粉末的SEM;图2是放大倍率为50的其中基本均匀分散有亚微米硼化钛的钛 粉末的另一 SEM;图3是放大倍率为3000的其中基本均匀分散有亚微米硼化钛的 钛粉末的类似SEM;图4是放大倍率为3000的其中基本均匀分散有亚微米硼化钛的 钛粉末的另一 SEM;图5是具有硼化钛并含有约10%总量的铝和钒的钛基合金，其中 在形成该粉末的颗粒中整体基本均匀分散有亚微米硼化钛，放大倍率 为40;图6是具有硼化钛并含有约10%总量的铝和钒的钛基合金，其中 在形成该粉末的颗粒中整体基本均匀分散有亚微米硼化钛，放大倍率 为50;图7是具有硼化钛并含有约10%总量的铝和钒的钛基合金，其中 在形成该粉末的颗粒中整体基本均匀分散有亚微米硼化钛，放大倍率 为3000;图8是具有硼化钛并含有约10%总量的铝和钒的钛基合金，其中 在形成该粉末的颗粒中整体基本均匀分散有亚微米硼化钛，放大倍率 为3000 (与图7同一样品的不同部分)。具体实施方式使用上述三个指出专利和2005年7月21日提交的申请序列号 11/186,724中描述的Armstrong方法，通过参考将其全部内容引入此 处。用于制备其中基本均匀分散有亚微米硼化钛的6/4合金的装置与 前述公开Armstrong Process的专利中公开的相似，只是与这些专利中所述的只有四氯化钛锅炉22不同，本专利技术中还具有针对合金的每个 组分的锅炉，通过适当的阀门与反应腔相连。硼的添加来自针对BCl3 的锅炉。管道用作集管使得当气体进入反应室时气体完全混合并在表 面下优选至少以声速引到流动的液态钠中，如引用专利中所述的那 样。 一旦与该液态金属进行表面下接触，卣化物立即并完全发生放热 反应形成反应区，在反应区中制备反应产品。该流动的液态金属(优 选为钠)将反应产品带离反应区，将反应产品保持在低于该反应产品 烧结温度的温度。确定在制备该6 / 4合金过程中三氯化铝是腐蚀性的， 要求处理四氯化钛或四氯化钒时所不需要的特定材料。因此，使用 Hastelloy C-276用于三氯化铝锅炉和通向反应腔的管道。BC13不像 A1C13那样有腐蚀性。在大多数试验过程中，通过使用足以过量的钠将反应器的稳态温 度保持在约40(TC。其他用于制备在大多数(如果不是基本所有的话) 形成粉末的颗粒中分散有亚微米硼化钛的6/4合金粉末的操作条件如 下所示使用与结合的Armstrong专利中所述类似的设备，除了提供VC14 锅炉、AlCh锅炉和BCl3锅炉以及将所有三种气体送入到将TiCU进 料到液态Na中的管道中以外。在下表1中列出了通常的锅炉压力和 系统参数。表1<table>table see ori本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛金属或钛合金，其中基本均匀分散有亚微米硼化钛。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：L雅各布森，AJ贝尼什，
申请(专利权)人：国际钛金属粉末公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]