多组分钛合金热性能和电性能的改性方法技术

本发明专利技术涉及多组分钛合金热性能和电性能的改性方法，其提供了一种提高钛合金导热率并降低其电阻率的方法，包括：将硼引入钛合金析出硼化钛(TiB)析出物；通过金属热加工使硼化钛(TiB)析出物沿金属流的方向排列。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改善钛合金物理性能的方法，尤其是针对钛基成分制成物质的一种提高导热率、降低电阻率的方法。
技术介绍
钛合金同时具有优良的物理性能和机械性能，为像航空航天和空间等各种工业领域提供超轻质材料。但是相比于其他结构用金属，例如钢和铝，钛合金的导热率较低。钛合金的低导热率会影响到加工和热处理后的加热速率和可获得的冷却速率。相比于钢和铝， 钛合金的另一个缺点是具有高电阻率。高电阻率限制了钛合金作为电导体的使用。所以针对普通的钛合金，像Ti-6A1-4V，在不降低其机械性能，特别是不降低其延伸率和疲劳性能的前提下，需要有一种新的改善方法来提高其导热率并降低其电阻率。本专利技术的方法就满足了这一需求。
技术实现思路
根据本专利技术所提供新的改善的方法，钛合金中掺入硼化钛(TiB)析出物，并使合金受到控制变形在有利于达到导热性能和电性能改善的方向上排列硼化钛(TiB)析出物。 所述排列硼化钛(TiB)析出物的控制变形是通过金属热加工实现的。硼被引入作为钛合金成分，通过任何合适的方法产生析出物，所述方法如铸造 (casting)、*lft;!j口工(cast-and-wrought processing) sKf^^tf^^ft. (gas atomization) 方法与混合元素(blended elemental)方法那样的粉末冶金技术。像锻打(forging)、滚压 (rolling)和挤压(extrusion)等金属热加工的操作方法能用于实现在沿金属流方向上对硼化钛(TiB)析出物的排列。作为示例，本专利技术的方法针对像Ti-6Al-4V(Ti_64)和 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(Ti-6242)这样的多组分钛合金，可以用于提高其导热率并降低其电阻率。附图说明图1为制作含有硼化钛(TiB)的钛合金物品的预合金粉末的冶金工艺流程图；图加示出Ti-6A1-4V_1B的雾化预合金粉末颗粒的剖面显微结构；图2b为Ti-6A1-4V_1B通过热等静压形成粉末固结后的显微结构；图3为在Ti-6A1-4V_1B的锻打物品不同位置的显微结构；图如为由Ti-6A1-4V_1B的预合金粉末制成的挤压物品的显微结构，显示了硼化钛(TiB)析出物(深色部分)沿挤压轴线的排列；图4b为图如的横向显微照片，示出了硼化钛(TiB)析出物的六边形剖面；图5为Ti-6A1-4V_1B (标有nano Τ 64)的锻打物品的导热率和挤压物品的导热率与Ti-6A1-4V物品的导热率的对比曲线图 6 为 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-lB 的锻打物品的导热率与以 Ti-6Al-2Sn-4Zr_2Mo 为基准物品的导热率的对比曲线图；图7为Ti-6A1-4V-1B(标有nano Τ 64)的锻打物品的电阻率与Ti_6Al_4V物品的电阻率的对比曲线图；和图 8 为 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-lB 的锻打物品的电阻率与以 Ti-6Al-2Sn-4Zr_2Mo 为基准物品的电阻率的对比曲线图。具体实施例方式针对像Ti-6Al-4V(Ti-64)和 Ti-6Al-2Sn-4Zr_2Mo (Ti-6242)这样的多组分钛合金，提高其导热率并降低其电阻率的方法描述如下。这些方法包含两个要点1)将硼化钛(TiB)析出物掺入钛合金中；和2)通过金属热加工将硼化钛(TiB)析出物在所需方向上排列。可以通过几种不同的方法实现将硼引入钛合金成分进而产生硼化钛(TiB)析出物，所述方法如铸造、铸锻加工或像气体雾化方法与混合元素方法那样的粉末冶金技术。硼可以被加入到处于液态的钛合金，从而使硼完全熔化在液态的钛合金中。硼可以粉末冶金的方式通过固体粉末的混合被加入钛合金。不拘于将硼加入钛合金的方式，硼可以以硼元素、二硼化钛(TiB》或任何包含硼的合适的中间合金的方式被加入。加入硼的量的重量百分比范围为从0.01%到18.4%。根据钛合金的成分，加入硼的量的重量百分比范围更优选为从0.01%到2%。像锻打、滚压和挤压等金属热加工的操作能用于实现在沿金属流方向上对硼化钛 (TiB)析出物的排列。可以依照如图1所示的气体雾化粉末冶金的工艺流程图实行本方法。所述硼被加入熔融的钛合金中，含有所述硼的合金熔液通过惰性气体雾化从而获得钛合金粉末。每个粉末颗粒均包含分布均勻且排列无序的针状硼化钛(TiB)析出物。图加示出Ti-6A1-4V-1B 的粉末颗粒的剖面显微结构示例，此例中包含6%体积含量(6vol. % )的硼化钛(TiB)(深色部分)。使用像热等静压(HIP)等常规技术固结钛合金粉末得到完全致密的粉末压块。 在如此压缩的情况下，硼化钛(TiB)析出物仍在钛合金结构中为分布均勻的无序排列。图 2b示出Ti-6A1-4V-1B在热等静压(HIP)后粉末的显微结构的示例。接下来就是对粉末压块的金属加工操作，例如锻打、滚压或挤压。生产中用于制造钛合金物品的普通热加工参数可适用于形成硼化钛(TiB)析出物在金属流方向上所需的排列。如图示例的热加工参数如下图3示出在Ti-6A1-4V_1B物品不同位置的显微图，所述Ti-6A1_4V_1B物品为在 1750-2200 0F的温度下以40英寸/分钟(inch. /min.)的撞击速度将直径为3. 5”，高16”的粉末压块锻打为直径为8”，高3”的圆盘。锻打后的硼化钛(TiB)针状析出物(深色部分) 沿径向的排列在图3中清晰可见。图4示出的另一个例子是Ti-6A1-4V-1B物品的显微结构，其是在2000 °F的温度下以100英寸/分钟(inch. /min.)的撞击速度将直径为3”的粉末压块经过挤压加工形成直径为0. 75”的长条，所述显微结构显示出了硼化钛(TiB)析出物(深色部分)沿挤压轴方向的排列。对几种掺有硼化钛(TiB)的钛合金物品(表1给出了化学成分)的热性能和电性能进行评估。作为对比，对没有硼化钛(TiB)析出物的钛合金做了相同的测试。导热率测试是根据标准测试方法ASTM E1461进行的测试，而电阻率是根据标准方法ASTM B84测定的。表1 所测试钛合金物品的化学成分(以重量百分比计)。权利要求1.一种提高钛合金导热率并降低其电阻率的方法，包括 将硼引入钛合金析出硼化钛(TiB)析出物；通过金属热加工使硼化钛(TiB)析出物沿金属流的方向排列。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硼化钛(TiB)析出物通过铸造、铸锻加工或粉末冶金技术产生。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述金属热加工为锻打、滚压或挤压。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述钛合金为如Ti-6A1-4V或 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 的多组分材料。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硼在所述钛合金中的重量百分比约为 0. 01% -18. 4%。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硼被加入熔融的钛合金，该加入硼后的合金熔液通过惰性气体雾化从而产生包含分布均勻且排列无序的针状硼化钛(TiB)析出物的钛合金粉末。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述钛合金粉末通过热等静压被固结。8.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述金属热加工是在约1750-2000T的温度下以约40英寸/分钟的撞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：塞莎查尔尤卢·塔米瑞萨坎达拉，
申请(专利权)人：FMW合成物系统公司，
类型：发明
国别省市：