一种微波热分解制备钛-铝合金材料的方法技术

本发明专利技术公开一种微波热分解制备钛‑铝合金材料的方法，包括A：配料混料、B：模压成型、C：制备合金；本发明专利技术方法中氢化钛粉在微波高温下分解释出钛原子，与金属铝发生原位反应生成钛铝合金，实现热分解/烧结一步制备钛铝合金，微波热分解烧结具有强化动量传递和熔炼效果，促进合金材料致密化的作用，有利于实现材料均质细化，微波加热均匀，升温速率快，加热效率高，可以降低烧结温度和缩短工艺流程，提高了生产效率，且方法工艺简单，易操作，成本相对较低，清洁化车间生产管理，易于工业化生产。

A method of preparing titanium aluminum alloy by microwave thermal decomposition

The invention discloses a method for preparing titanium alloy material by microwave thermal decomposition, including A: mixing material, B: molding, C: preparation of alloy. In this method, titanium hydride is decomposed to release titanium atoms at microwave high temperature, and in situ reaction with metal aluminum to produce titanium aluminum alloy, and achieve thermal decomposition / sintering one step to prepare titanium. The microwave thermal decomposition and sintering of aluminum alloy has the effect of strengthening the momentum transfer and melting effect and promoting the densification of the alloy material, which is beneficial to the realization of the homogenization of the material, the uniform microwave heating, the rapid heating rate and the high heating efficiency. The sintering temperature and the process flow can be reduced, the production efficiency is improved, and the method and process can be reduced. Single, easy to operate, relatively low cost, clean workshop production management, easy to industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种微波热分解制备钛-铝合金材料的方法
本专利技术属于微波能应用、粉末冶金和材料制备等
，具体涉及一种微波热分解制备钛-铝合金材料的方法。
技术介绍
钛铝合金同时具有Ti、Al的质量轻，强度高，表面容易形成保护层，致密度高，物理性能好等一系列较为优异的性能，已成为国际上一个重要的研究热点，如波音公司将钛铝合金用于飞机的发动机涡轮两级叶片等。此外，新型钛铝合金的研究，如纳米结构钛铝合金、梯度结构钛铝合金、多种形状钛铝合金等也为钛铝合金的应用提供了更广阔的空间。伴随钛铝合金应用的高速发展，对其所具有的性能也提出了新的要求，如致密度、散热率、导电导热等性能都要求较高。目前钛铝合金的制备方法主要有热压和热等静压烧结、自蔓延高温合成、气雾法等方法等。采用热压和热等静压烧结制备钛铝合金过程和设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，成本高；自蔓延高温合成法，反应所放出的热不足以满足后面反应所需的热，产品中会掺夹大量杂质，产品质量达不到所需的标准；气雾法导致产品的纯度达不到标准，并且还会生成其它化合物，对能源的消耗非常高。因此，针对上述现有技术存在的问题及不足，研发一种微波热分解制备钛-铝合金材料方法，满足日益提高的性能要求和一些特殊条件下的应用需求，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效节能的微波热分解制备钛-铝合金材料的方法。本专利技术的目的是这样实现的，包括A：配料混料、B：模压成型、C：制备合金；具体步骤如下：A：配料混料将氢化钛粉和铝粉按质量比为5~15：95~85倒入球磨机/混料机中进行混合均匀；B：模压成型将步骤A得到的混合粉体倒入压制模具中，压制成坯；C：制备合金将步骤B得到的压坯放置在坩埚内，并置于微波真空高温炉中，关闭炉门后抽真空，至气压低于0.1MPa后充入保护气体，然后馈入微波，烧结温度为650~800℃，保温30~60min，随炉冷却后取出样品，得到钛-铝合金材料。本专利技术方法中氢化钛粉在微波高温下分解释出钛原子，与金属铝发生原位反应生成钛铝合金，实现热分解/烧结一步制备钛铝合金，微波热分解烧结具有强化动量传递和熔炼效果，促进合金材料致密化的作用，有利于实现材料均质细化，微波加热均匀，升温速率快，加热效率高，可以降低烧结温度和缩短工艺流程，提高了生产效率，且方法工艺简单，易操作，成本相对较低，清洁化车间生产管理，易于工业化生产。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图；图2是本专利技术实施例1制备得到的钛-铝合金试样XRD图；图3是本专利技术实施例1制备得到的钛-铝合金微观形貌图；图4是本专利技术实施例3制备得到的钛-铝合金微观形貌图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，但不得以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变更或改进，均属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术包括A：配料混料、B：模压成型、C：制备合金；A：配料混料将氢化钛粉和铝粉按质量比为5~15：95~85倒入球磨机/混料机中进行混合均匀；B：模压成型将步骤A得到的混合粉体倒入压制模具中，压制成坯；C：制备合金将步骤B得到的压坯放置在坩埚内，并置于微波真空高温炉中，关闭炉门后抽真空，至气压低于0.1MPa后充入保护气体，然后馈入微波，烧结温度为650~800℃，保温30~60min，随炉冷却后取出样品，得到钛-铝合金材料。A步骤所述氢化钛粉和铝粉的纯度均大于99%，平均粒径为30~100μm范围。B步骤压坯压力为20-40MPa，保压3~5min。C步骤所采用的烧结坩埚材质为碳化硅、碳化硅/氧化铁复合材料，或者是烧结过程采用碳化硅片作为加热元件进行加热升温。C步骤烧结过程需进行气氛保护，采用氩气等惰性气体作为保护气，避免与钛、铝反应，烧结过程压力控制在1.1~1.5MPa范围。C步骤所馈入的微波频率为2450±50MHz或915±50MHz，功率为0.6KW~6kW。A步骤所述氢化钛粉的平均粒径为40~50um，所述铝粉的平均粒径为45~55um。实施例1将1.5g平均粒径为40μm氢化钛粉(纯度大于等于99%)和平均粒径为55um铝粉（纯度大于99.8%）按质量比为5：95进行配料，倒入行星式球磨机中混料20分钟，得到均匀混粉；将得到的混合粉料倒入成型模具中，在20MPa的压力下将混料压制成金属坯，保压3min；将压坯放置在SiC坩埚内，然后将坩埚放入微波高温烧结炉中，关闭炉门后抽取真空至0.1MPa，然后通入氩气至1.2MPa，随后馈入2450±50MHz微波进行烧结，微波功率控制在600W，加热到650℃烧结，保温60min，烧结完成后随炉冷却并取出钛-铝合金样品进行分析。本实施例制备的钛-铝合金材料试样XRD图如图2所示，衍射峰主要对应于钛-铝金属化合物的峰和金属铝的峰，说明氢化钛分解出金属钛后与金属铝较好的形成金属间化合物，此外，没有出现明显氧化现象；本实施例制备的钛-铝合金材料的微观形貌如图3所示，钛-铝金属化合物为浅灰色，金属铝为深灰色，合金结构致密，烧结效果好。实施例2将1.5g平均粒径为45μm氢化钛粉(纯度大于等于99%)和平均粒径为50um铝粉（纯度大于99.8%）按质量比为10：90进行混料，倒入行星式球磨机中混料20分钟，得到均匀混粉；将得到的混合粉料倒入成型模具中，在40MPa的压力下将混料压制成金属坯，保压4min；得到的压坯放置在碳化硅/氧化铁复合材料的坩埚内，然后将坩埚放入微波高温烧结炉中，关闭炉门后抽取真空至0.1MPa，然后通入氩气至1.1MPa，随后馈入915±50MHz微波进行烧结，微波功率控制在6000W，加热到750℃烧结，保温30min，烧结完成后随炉冷却并取出钛-铝合金样品，样品形貌如图4所示，得到合金结构致密，烧结效果好。实施例3将1.5g平均粒径为50um氢化钛粉(纯度大于等于99%)和平均粒径为45um铝粉（纯度大于99.8%）按质量比为15：85进行混料，倒入行星式球磨机中混料20分钟，得到均匀混粉；将得到的混合粉料倒入成型模具中，在30MPa的压力下将混料压制成金属坯，保压6min；得到的压坯放置在放含有碳化硅片的坩埚内，然后将坩埚放入微波高温烧结炉中，关闭炉门后抽取真空至0.08MPa，然后通入氩气至1.5MPa，随后馈入915±50MHz微波进行烧结，微波功率控制在1000W，加热到800℃烧结，保温45min，烧结完成后随炉冷却并取出钛-铝合金样品，得到合金结构致密，烧结效果好。实施例4将1.5g平均粒径为30um氢化钛粉(纯度大于等于99%)和平均粒径为100um铝粉（纯度大于99.8%）按质量比为10：90进行混料，倒入行星式球磨机中混料20分钟，得到均匀混粉；将得到的混合粉料倒入成型模具中，在30MPa的压力下将混料压制成金属坯，保压6min；得到的压坯放置在放含有碳化硅片的坩埚内，然后将坩埚放入微波高温烧结炉中，关闭炉门后抽取真空至0.08MPa，然后通入氩气至1.5MPa，随后馈入915±50MHz微波进行烧结，微波功率控制在1000W，加热到800℃烧结，保温45min，烧结完成后随炉冷却并取出钛-铝合金样品，得到合金结构致密，烧结效果良好。实施例5将1.5g平均粒径为100um氢化钛粉(纯度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波热分解制备钛‑铝合金材料的方法，其特征在于：包括A：配料混料、B：模压成型、C：制备合金；具体步骤如下：A：配料混料将氢化钛粉和铝粉按质量比为5~15：95~85倒入研钵中进行研磨，混合均匀；B：模压成型将步骤A得到的混合粉体倒入压制模具中，压制成坯；C：制备合金将步骤B得到的压坯放置在坩埚内，并置于微波真空高温炉中，关闭炉门后抽真空，至气压低于0.1MPa后充入保护气体，然后馈入微波，烧结温度为650~800℃，保温30~60min，随炉冷却后取出样品，得到钛‑铝合金材料。

【技术特征摘要】
1.一种微波热分解制备钛-铝合金材料的方法，其特征在于：包括A：配料混料、B：模压成型、C：制备合金；具体步骤如下：A：配料混料将氢化钛粉和铝粉按质量比为5~15：95~85倒入研钵中进行研磨，混合均匀；B：模压成型将步骤A得到的混合粉体倒入压制模具中，压制成坯；C：制备合金将步骤B得到的压坯放置在坩埚内，并置于微波真空高温炉中，关闭炉门后抽真空，至气压低于0.1MPa后充入保护气体，然后馈入微波，烧结温度为650~800℃，保温30~60min，随炉冷却后取出样品，得到钛-铝合金材料。2.根据权利要求1所述的微波热分解制备钛-铝合金材料的方法，其特征在于：A步骤所述氢化钛粉和铝粉的纯度均大于99%，平均粒径为30~100μm范围。3.根据权利要求1所述的微波热分解制备钛-铝合金材料的方法，其特征在于：B步骤压坯压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：许磊，罗铜，彭金辉，韩朝辉，张利波，郭胜惠，刘建华，周俊文，夏洪应，尹少华，吴庆田，董小龙，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53