一种高强度Ti-Zr-Ta合金及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开一种高强度Ti

A high strength Ti Zr TA alloy and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高强度Ti
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Zr
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Ta合金及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及金属材料
，尤其是一种高强度Ti
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Zr
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Ta合金及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]含能结构材料具有结构能量一体化的特征，可代替传统战斗部的破片、药型罩和壳体结构等惰性部件。与传统惰性材料相比，由含能结构材料形成的毁伤元在与目标作用后，可诱发材料组分间以及组分与环境中氧气之间的高能量化学反应，产生类爆现象，释放出大量的热量，在目标内部产生高温和高压作用，大幅提升毁伤效果。
[0003]金属型含能结构材料由燃烧热值较高的金属或者类金属元素组成。难熔金属元素如Ti、Zr、Ta、Nb和Hf等由于具有高密度、高燃烧热值等特点是高强金属型含能结构材料的首选。由Ti、Zr和Ta等难熔金属元素组成的含能结构材料由于各组分熔点普遍偏高，目前主要采用熔炼铸造法成型，前期研究表明，制备的Ti
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Zr
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Ta合金具有良好的能量释放特性。但由于不同类难熔金属元素的熔点差异很大，通过熔炼铸造方法难以大尺寸成型，且易产生偏析、缩孔等缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种高强度Ti
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Zr
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Ta合金及其制备方法、应用，用于克服现有技术中铸造成型方法难以大尺寸成型，且易形成偏析、缩孔等缺陷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种高强度Ti
‑r/>Zr
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Ta合金的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：设计Ti
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Zr
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Ta合金的组分，根据设计的Ti
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Zr
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Ta合金组分称取原料Ti、原料Zr和原料Ta，混匀，熔炼，得到合金铸锭；
[0007]S2：对所述合金铸锭表面依次进行喷砂处理和酸洗；
[0008]S3：将经过表面处理后的合金铸锭置于氢化炉中，在温度为600～900℃、氢气压力为0.1～0.3MPa下进行氢化处理，氢化时间为1～5h；
[0009]S4：将氢化处理后的合金铸锭进行物理粗破碎，再球磨成100目以下的粉末；
[0010]S5：将球磨后的粉末在真空环境下进行脱氢处理，温度为500～700℃，时间为2～6h，获得Ti
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Zr
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Ta合金粉末；
[0011]S6：将脱氢后的Ti
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Zr
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Ta合金粉末在温度为1000～1400℃、压力为30～150MPa下进行热压烧结处理或者热等静压烧结处理，烧结时间为1～4h，获得Ti
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Zr
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Ta合金。
[0012]为实现上述目的，本专利技术还提出一种高强度Ti
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Zr
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Ta合金，由上述所述制备方法制备得到。
[0013]为实现上述目的，本专利技术还提出一种高强度Ti
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Zr
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Ta合金的应用，将上述所述制备方法制备得到的Ti
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Zr
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Ta合金或者上述所述的Ti
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Zr
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Ta合金用于战斗部的破片、药型罩和壳体结构中。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
[0015]本专利技术提供的高强度Ti
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Zr
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Ta合金的制备方法包括将原料熔炼成合金铸锭、表面处理、氢化处理、破碎、脱氢处理和烧结等步骤。对合金铸锭表面进行喷砂处理以除去合金表面的油污、杂质等机械加工痕迹，酸洗以除去铸锭表面氧化膜。氢化处理是依据氢元素通过合金表面吸附和向内扩散的形式，将氢元素固溶进合金晶格内，进而形成各类氢化物使合金体积膨胀，在内应力作用下达到破碎合金的目的。氢化破碎后的合金块体直径通处于毫米级别，需要通过物理粗破碎将粒径减小至微米级别，再用球磨的方式将粒径降至100目以下，粒径分布更加集中并使粒径进一步减小，通过增大合金的比表面积使后续脱氢处理更加充分。脱氢处理是在高温真空环境下产生氢化物分解，氢元素经由空位、晶界等缺陷向合金表面扩散，最后形成氢气分子逸散。最后进行热压烧结或热等静压烧结处理，在高温高压作用下使粉末致密成型，最终得到Ti
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Zr
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Ta大尺寸块体合金。本专利技术提供的制备方法采用粉末冶金法，克服了传统熔炼铸造方法中难以大尺寸成型、易产生缩孔等缺陷，避免了熔铸所必须的后续热处理工序，通过成型模具的设计即可实现大尺寸构件的近净成型。同时，粉末冶金可抑制合金的成分偏析、枝晶形成和多相析出，形成具有均一相结构的块体合金材料，因而可更好地保证合金的性能。本专利技术方法制备的Ti
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Zr
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Ta合金组织均匀，具有良好的力学性能，其拉伸强度可达1000MPa以上。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0017]图1为实施例1中步骤S5得到的Ti
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Zr
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Ta合金粉末的照片；
[0018]图2为实施例1中步骤S5得到的Ti
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Zr
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Ta合金粉末的XRD图谱；
[0019]图3为实施例1中步骤S6得到的Ti
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Zr
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Ta合金的SEM照片；
[0020]图4为实施例1中步骤S6得到的Ti
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Zr
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Ta合金的拉伸应力应变曲线。
[0021]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0024]无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
[0025]本专利技术提出一种高强度Ti
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Zr
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Ta合金的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1：设计Ti
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Zr
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度Ti
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Zr
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Ta合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：设计Ti
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Zr
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Ta合金的组分，根据设计的Ti
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Zr
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Ta合金组分称取原料Ti、原料Zr和原料Ta，混匀，熔炼，得到合金铸锭；S2：对所述合金铸锭表面依次进行喷砂处理和酸洗；S3：将经过表面处理后的合金铸锭置于氢化炉中，在温度为600～900℃、氢气压力为0.1～0.3MPa下进行氢化处理，氢化时间为1～5h；S4：将氢化处理后的合金铸锭进行物理粗破碎，再球磨成100目以下的粉末；S5：将球磨后的粉末在真空环境下进行脱氢处理，温度为500～700℃，时间为2～6h，获得Ti
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Zr
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Ta合金粉末；S6：将脱氢后的Ti
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Zr
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Ta合金粉末在温度为1000～1400℃、压力为30～150MPa下进行热压烧结处理或者热等静压烧结处理，烧结时间为1～4h，获得Ti
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Zr
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Ta合金。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述Ti
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Zr
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Ta合金的组分为：Ti的摩尔分数为45～75％，Zr的摩尔分数为15～40％，其余为Ta。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述原料Ti、原料Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：李顺，唐宇，白书欣，刘泽人，张周然，朱利安，叶益聪，王震，牛顿，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：