含钛合金及相关的制造方法技术

一般地描述了含钛合金。根据某些实施方案，含钛合金是纳米晶体。根据某些实施方案，含钛合金具有高的相对密度。根据某些实施方案，含钛合金可以是相对稳定的。本文还描述了本发明专利技术的用于制造含钛合金的方法。根据某些实施方案，本发明专利技术的用于制造含钛合金的方法可以包括烧结包含钛和至少一种另外的金属的纳米晶体颗粒以形成含钛纳米晶体合金。

Titanium-containing alloys and related manufacturing methods

Titanium-containing alloys are generally described. According to some implementations, titanium-containing alloys are nanocrystals. According to some implementations, titanium-containing alloys have high relative densities. According to some implementations, titanium-containing alloys can be relatively stable. The method for manufacturing titanium-containing alloys according to the present invention is also described. According to some implementations, the method for manufacturing titanium-containing alloys of the present invention may include sintering nanocrystalline particles containing titanium and at least one other metal to form titanium-containing nanocrystalline alloys.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含钛合金及相关的制造方法相关申请本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2016年9月7日提交的题为“StableNano-DuplexTitanium-MagnesiumAlloys”的美国临时申请第62/384,232号的优先权，其出于所有目的通过引用整体并入本文。
一般地描述了含钛合金及相关的制造方法。
技术介绍
纳米晶体材料可能易受晶粒生长的影响。在某些情况下，用于基于钛的合金的现有烧结技术使得难以生产具有小晶粒尺寸和高相对密度二者的纳米晶体材料，包括块状纳米晶体材料。期望改进的系统和方法以及相关的金属合金。
技术实现思路
一般地描述了含钛合金。根据某些实施方案，含钛合金是纳米晶体。根据某些实施方案，含钛合金具有高的相对密度。根据某些实施方案，含钛合金可以是相对稳定的。本文还描述了本专利技术的用于制造含钛合金的方法。根据某些实施方案，本专利技术的用于制造含钛合金的方法可以包括烧结包含钛和至少一种另外的金属的纳米晶体颗粒以形成含钛纳米晶体合金。在一些情况下，本专利技术的主题涉及相互关联的产品、特定问题的替代解决方案、和/或一个或更多个体系和/或制品的多种不同用途。根据一个方面，提供了本专利技术的金属合金。某些实施方案涉及包含Ti、第二金属的烧结纳米晶体金属合金，其中Ti是烧结纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的金属，烧结纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。根据一些实施方案，烧结纳米晶体金属合金包含Ti和第二金属，其中第二金属和Ti表现出混溶间隙，烧结纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。一些实施方案涉及包含Ti和第二金属的块状纳米晶体金属合金，其中Ti是块状纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的金属，块状纳米晶体金属合金在大于或等于100℃的温度下基本上稳定。某些实施方案涉及包含Ti和第二金属的块状纳米晶体金属合金，其中Ti是块状纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的金属，块状纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于300nm。根据一些实施方案，金属合金包含Ti和Mg，其中金属合金的相对密度大于或等于80％。在一些这样的实施方案中，金属合金包括纳米双相结构，所述纳米双相结构包含富Ti晶粒和富Mg析出物或由富Ti晶粒和富Mg析出物组成。在另一个方面中，提供了形成金属合金的方法。根据一些实施方案，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金，其中至少一些纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属，Ti是至少一些纳米晶体颗粒中按原子百分比计最丰富的金属。根据某些实施方案，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金，其中至少一些纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属；烧结多个纳米晶体颗粒包括将纳米晶体颗粒加热至大于或等于300℃且小于或等于850℃的第一烧结温度持续大于或等于10分钟且小于或等于24小时的烧结时间。在一些实施方案中，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金，其中至少一些纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属；烧结多个纳米晶体颗粒包括加热纳米晶体颗粒，使得纳米晶体颗粒不经历大于或等于1200℃的温度超过24小时。根据某些实施方案，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金；其中至少一些纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属；Ti是在至少一些纳米晶体颗粒中按原子百分比计最丰富的金属；并且烧结包括将纳米晶体颗粒加热至第一烧结温度，所述第一烧结温度低于在不存在第二金属的情况下使Ti烧结所需的第二温度。在一些实施方案中，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金，其中至少一些纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属；并且第二金属和Ti表现出混溶间隙。在某些实施方案中，形成纳米晶体金属合金的方法包括烧结多个纳米晶体颗粒以形成纳米晶体金属合金，其中至少一些纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属；Ti是至少一些纳米晶体颗粒中按原子百分比计最丰富的金属；并且纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。根据一些实施方案，形成金属合金的方法包括烧结包含Ti和Mg的粉末以产生金属合金，其中金属合金的相对密度大于或等于80％。在一些这样的实施方案中，该方法还包括研磨元素Ti和Mg的粉末。例如，可以混合并研磨元素Ti和Mg的粉末(例如，以实现过饱和并将晶粒尺寸减小至纳米级)。在一些这样的实施方案中，可以在烧结之前对粉末进行压缩。根据一些这样的实施方案，开发了由富Ti晶粒和富Mg析出物组成的纳米双相结构。当结合附图考虑时，本专利技术的其他优点和新特征将由以下本专利技术的各种非限制性实施方案的详细描述而变得明显。在本说明书与通过引用并入的文件包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应当以本说明书为准。附图说明将参照附图通过示例的方式描述本专利技术的非限制性实施方案，附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在图中，示出的每个相同或几乎相同的部件通常由单一数字表示。为了清楚起见，并非每个部件都标记在每个图中，在不需要图示以使本领域普通技术人员理解本专利技术的情况下，也没有示出本专利技术的每个实施方案的每个部件。在图中：图1A至1C是示出根据某些实施方案的烧结过程的示意图；图2是根据一些实施方案的多种金属与钛的偏析焓ΔH偏析(kJ/mol)相对于混合焓ΔH混合(kJ/mol)的图。图3示出了根据某些实施方案的纳米晶体粉末样品的一系列X射线衍射(XRD)光谱。图4是根据一些实施方案的包含钛和10原子％Mg、20原子％Mg、和30原子％Mg的纳米晶体粉末的晶粒尺寸和晶格参数的图。图5是根据一些实施方案的包含钛和10原子％Mg、20原子％Mg、和30原子％Mg的纳米晶体粉末的一系列TEM图像和相应的电子衍射图案；图6是根据一些实施方案的来自Ti-20原子％Mg的TEM的电子衍射图案；图7A至7B是根据某些实施方案的作为包含不同原子百分比的钛和镁的粉末的经冷压并覆盖有钽(Ta)箔(图7A)或铜(Cu)管(图7B)的样品的一组照片；图8是根据一些实施方案的相对密度作为施加的载荷的函数的图；图9是根据一些实施方案的相对密度的变化作为烧结温度的函数的图；图10A至10C示出了根据某些实施方案的在500℃下烧结8小时后的Ti-20at％Mg的扫描透射电子显微镜-能量色散x射线光谱(STEM-EDS)图像；图11是根据某些实施方案的烧结前(虚线)和烧结后(实线)的XRD图；图12是根据一些实施方案的烧结后的金属合金的STEM图像；以及图13是根据某些实施方案的烧结后的金属合金的STEM图像。具体实施方式由于晶界的体积分数大，纳米晶体金属相对于其微晶对应物具有某些优点。作为一个实例，纳米晶体合金通常具有明显更高的拉伸强度。然而，纳米晶体金属主要被处理成薄膜，因为在处理块状材料时保留纳米级晶粒要困难得多。本公开内容一般地涉及包含钛的金属合金。根据某些实施方案，包含钛的金属合金是纳米晶体金属合金。本文所述的某些金属合金可以在保持其纳米晶体特性的同时具有高相对密度。此外，根据某些实施方案，金属合金可以是块状金属合金。本文所述的某些金属合金对晶粒生长是稳定的。本文还描述了本专利技术的用于制造含钛合金的方法。例如，某些实施方案涉及这样的烧结方法，其中烧结在相对低的温度下和/或在相对短本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烧结纳米晶体金属合金，包含：Ti；和第二金属；其中：Ti是所述烧结纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的金属，以及所述烧结纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.07 US 62/384,2321.一种烧结纳米晶体金属合金，包含：Ti；和第二金属；其中：Ti是所述烧结纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的金属，以及所述烧结纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。2.一种烧结纳米晶体金属合金，包含：Ti；和第二金属；其中：所述第二金属和Ti表现出混溶间隙，以及所述烧结纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。3.一种块状纳米晶体金属合金，包含：Ti；和第二金属；其中：Ti是所述块状纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的金属，以及所述块状纳米晶体金属合金在大于或等于100℃的温度下基本上稳定。4.一种块状纳米晶体金属合金，包含：Ti；和第二金属；其中：Ti是所述块状纳米晶体金属合金中按原子百分比计最丰富的金属，以及所述块状纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于300nm。5.一种金属合金，包含：Ti；和Mg；其中所述金属合金的相对密度大于或等于80％。6.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二金属包括碱土金属。7.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二金属选自Mg、La、Y、Th、Sc、Cr、Ag、Fe、Mn、Cu和Li。8.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二金属是Mg。9.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二金属以小于所述纳米晶体金属合金的40原子百分比的量存在于所述纳米晶体金属合金中。10.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二金属以所述纳米晶体金属合金的1原子百分比至40原子百分比的量存在于所述纳米晶体金属合金中。11.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二金属以所述纳米晶体金属合金的8原子百分比至32原子百分比的量存在于所述纳米晶体金属合金中。12.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中Ti以至少50原子百分比的量存在于所述纳米晶体合金中。13.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金是双相金属合金。14.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金还包含第三金属。15.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述第二金属和Ti表现出混溶间隙。16.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于300nm。17.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于150nm。18.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于125nm。19.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的平均晶粒尺寸小于100nm。20.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少80％。21.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少85％。22.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少90％。23.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少95％。24.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少97％。25.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金的相对密度为至少99％。26.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金是块状纳米晶体金属合金。27.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于100℃的温度下基本上稳定。28.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于300℃的温度下基本上稳定。29.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于500℃的温度下基本上稳定。30.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于700℃的温度下基本上稳定。31.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金在大于或等于800℃的温度下基本上稳定。32.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中Ti至少部分地可溶于所述第二金属中。33.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中Ti和所述第二金属形成固溶体。34.根据前述权利要求中任一项所述的金属合金，其中所述纳米晶体金属合金具有第一晶粒尺寸，在不存在所述第二金属的情况下包含Ti的烧结材料具有第二晶粒尺寸，所述第一晶粒尺寸小于所述第二晶粒尺寸。35.一种形成纳米晶体金属合金的方法，包括：烧结多个纳米晶体颗粒以形成所述纳米晶体金属合金；其中至少一些所述纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属，Ti是至少一些所述纳米晶体颗粒中按原子百分比计最丰富的金属。36.一种形成纳米晶体金属合金的方法，包括：烧结多个纳米晶体颗粒以形成所述纳米晶体金属合金；其中：至少一些所述纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属；以及烧结所述多个纳米晶体颗粒包括将所述纳米晶体颗粒加热至大于或等于300℃且小于或等于850℃的第一烧结温度持续大于或等于10分钟且小于或等于24小时的烧结时间。37.一种形成纳米晶体金属合金的方法，包括：烧结多个纳米晶体颗粒以形成所述纳米晶体金属合金；其中：至少一些所述纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属；以及烧结所述多个纳米晶体颗粒包括加热所述纳米晶体颗粒使得所述纳米晶体颗粒不经历大于或等于1200℃的温度超过24小时。38.一种形成纳米晶体金属合金的方法，包括：烧结多个纳米晶体颗粒以形成所述纳米晶体金属合金，其中：至少一些所述纳米晶体颗粒包含Ti和第二金属；Ti是至少一些所述纳米晶体颗粒中按原...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡特林·格雷茨，克里斯多佛·A·舒，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：美国,US