钛铝合金的制备方法、钛铝合金及其应用技术

本发明专利技术公开了一种钛铝合金的制备方法、钛铝合金及其应用，钛铝合金的制备方法包括以下步骤：S10：加热金属镁和金属铝，制备熔融液；S20：混合四氯化钛与熔融液，在850℃～1100℃的温度下制备海绵状沉淀；S30：破碎海绵状沉淀，制备粉末状沉淀；S40：对粉末状沉淀进行致密化处理，制备钛铝合金。上述制备方法利用镁来还原四氯化钛生成钛，还通过控制反应温度提高制备的合金纯度。进一步在熔融液中的铝与钛结合生成海绵状的合金沉淀，由于上述海绵状合金沉淀极易破碎成钛铝合金粉末；通过包套热等静压技术直接烧结成钛铝合金坯锭。制备方法操作简便，流程短，可批量制备，易实现产业化，且制备得到的钛铝合金具有高致密度。制备得到的钛铝合金具有高致密度。

【技术实现步骤摘要】
钛铝合金的制备方法、钛铝合金及其应用


[0001]本专利技术涉及金属材料领域，特别是涉及一种钛铝合金的制备方法、钛铝合金及其应用。

技术介绍

[0002]钛由于具有轻质、高强、耐蚀和无毒的特点，是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，但是工业纯钛不能进行热处理强化处理，因此通过在钛中引入其他金属元素获得钛合金以改善纯钛的综合性能成为钛改性的重要研究方向。
[0003]钛合金由于合金元素的作用而呈现多样化的特性，往往具有比纯钛更高的强度、耐热性和耐蚀性，以及具有中温性能好、无磁性、透声、抗冲击震动、膨胀系数小以及生物相容性好等优点，故而被广泛应用于航空航天、海洋工程、武器装备、生物医疗、石油化工以及汽车工业等多种领域中，是一类重要的金属材料。其中，钛铝合金由于具有密度低、比强度高、比刚度高、耐热性好、优异的抗高温蠕变性能和抗氧化能力，而被认为是一种极具应用潜力的综合性能最好的高温结构材料，钛铝合金已成为超高音速飞行器和下一代先进航空发动机的首选材料。
[0004]传统高致密度钛铝合金的主要制备方法包括铸锭冶金法和粉末冶金法。其中，铸锭冶金法采用的熔炼设备要求较高，熔炼工艺流程较长，需多次反复熔炼以消除合金元素偏析的问题，材料利用率较低(不足60％)，且由于其导热性能较差而无法通过该工艺来制造大规格钛铝合金锭，导致该方法制备的钛铝合金的制造成本极高。粉末冶金法虽然能较好地解决合金元素偏析和材料利用率低的问题，但目前其工艺流程仍较长，一般需要先将钛粉和铝粉合成钛铝合金粉末，再通过粉末冶金工艺实现钛铝合金的制备且价格仍较为昂贵。

技术实现思路

[0005]基于此，为了简化制备流程，降低高致密度的钛铝合金的制备成本，有必要提供一种钛铝合金的制备方法、钛铝合金及其应用。
[0006]本专利技术提供一种钛铝合金的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S10：加热金属镁和金属铝，制备熔融液；
[0008]S20：混合四氯化钛与所述熔融液，在850℃～1100℃的温度下保温，制备海绵状沉淀；
[0009]S30：破碎所述海绵状沉淀，制备粉末状沉淀；
[0010]S40：对所述粉末状沉淀进行致密化处理，制备钛铝合金。
[0011]在其中一个实施例中，步骤S10中，金属镁与金属铝的质量比为6:1～6:10。
[0012]在其中一个实施例中，步骤S10中，加热条件包括：在真空度为10
‑3Pa～10
‑1Pa的真空中加热至700℃～1000℃。
[0013]在其中一个实施例中，步骤S20中，四氯化钛与金属铝的物质的量之比为1:3～3:
1。
[0014]在其中一个实施例中，在步骤S20之后以及步骤S30之前还包括对所述海绵状沉淀进行蒸馏净化的步骤。
[0015]在其中一个实施例中，步骤S30中，所述粉末状沉淀中小于或等于粒度为200目的颗粒占所述粉末状沉淀总体积比的80％～100％。
[0016]在其中一个实施例中，步骤S40中，所述致密化处理为包套
‑
热等静压烧结。
[0017]在其中一个实施例中，步骤S40中，热等静压烧结温度为850℃～1200℃，热等静压烧结压力为100MPa～200MPa，保温保压时间为1h～5h。
[0018]进一步地，本专利技术还提供一种钛铝合金，按照上述的钛铝合金的制备方法制得的。
[0019]本专利技术更进一步地提供上述的钛铝合金在制备航空发动机或飞行器中的应用。
[0020]上述钛铝合金的制备方法，利用镁来还原四氯化钛生成钛，还通过控制反应温度提高制备的合金纯度，由于四氯化钛与金属镁和金属铝的熔融液的反应温度过低，则反应速率过低，不能获得足够量的钛与铝反应，导致原料浪费严重；然而如果反应温度过高，还原反应生成的钛会与反应容器内壁(比如钢质)发生反应，形成钛铁化合物，作为杂质残留在钛铝合金中，会使材料性能产生明显变差。进一步在熔融液中的铝与钛结合生成海绵状的合金沉淀，由于上述海绵状合金沉淀极易破碎成钛铝合金粉末；随后再将钛铝合金粉末通过包套热等静压技术直接烧结成高致密钛铝合金坯锭。上述钛铝合金制备方法操作简便，流程短，可批量制备，易实现产业化，且制备得到的钛铝合金具有高致密度。
具体实施方式
[0021]本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
[0022]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
[0023]除非另外指明，所有百分比、分数和比率都是按本专利技术组合物的总质量计算的。除非另外指明，有关所列成分的所有质量均给予活性物质的含量，因此它们不包括在可商购获得的材料中可能包含的溶剂或副产物。本文术语“质量百分比含量”可用符号“％”表示。
[0024]本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由
…
组成”和“基本上由
…
组成”。本专利技术的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组份、步骤或限制项组成。本文中术语“效能”、“性能”、“效果”、“功效”之间不作区分。
[0025]本专利技术中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效
果的本专利技术实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本专利技术的范围之外。
[0026]当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：加热金属镁和金属铝，制备熔融液；S20：混合四氯化钛与所述熔融液，在850℃～1100℃的温度下保温，制备海绵状沉淀；S30：破碎所述海绵状沉淀，制备粉末状沉淀；S40：对所述粉末状沉淀进行致密化处理，制备钛铝合金。2.如权利要求1所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S10中，金属镁与金属铝的质量比为6:1～6:10。3.如权利要求1所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S10中，加热条件包括：在真空度为10
‑3Pa～10
‑1Pa的真空中加热至700℃～1000℃。4.如权利要求1所述的钛铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S20中，四氯化钛与金属铝的物质的量之比为1:3～3:1。5.如权利要求1所述的钛铝合金的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈存广，张涛，唐浩，何新波，
申请(专利权)人：北京科技大学广州新材料研究院，
类型：发明
国别省市：