CN101259536A - 一种制备高铌钛铝合金粉末的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于粉末冶金技术领域，特别是提供了一种高铌钛铝合金粉末的制备方法。原料采用铸态高铌钛铝基合金铸锭，工艺流程为：熔炼→均热化处理→车削加工→机加工成可以连接的棒材→无坩埚感应加热连续惰性气体雾化法，具体步骤为：(1)熔炼采用等离子冷床工艺；(2)在1100－1300℃保温24－48小时，进行均热化处理；然后将铸锭的表面氧化皮去除；(3)采用的线切割和机加工方法将铸锭加工成以螺纹连接的直径为20－25mm长度为200－500mm的棒材，然后进行车削处理去除棒材表面的氧化铁皮；(4)采用无坩埚感应加热连续惰性气体雾化工艺将棒材制成粉末，工艺参数为惰性气体压力2.0－5.0MPa，氩气流量160－220Ls－1。本发明的优点在于所制备的粉末球形度很好，纯度高，具有很好的流动性而且粉末收得率高。所制备的粉末球形度达到80－95％，粉末收得率75－85％。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，特别是提供了一种高铌钛铝合金粉末的制备方法。具体是以高铌钛铝合金铸锭为原料采用无坩埚感应加热连续惰性气体雾化工艺制成粉末的制备方法。
背景技术
为提高航空和航天飞行器的工作效率，必须增加推力和节省燃料，提高发动机的工作温度和减轻飞行器的重量。因此，航空和航天发动机的选材应具备“更轻、更刚、更强和更耐热”的特性。具有低密度、高熔点、高弹性模量，有一定塑性的金属间化合物材料在最近二十多年得到广泛关注，成为提供这些特性的最佳材料之一。
γ-TiAl基金属间化合物由于其密度低，具有高的比强度和比弹性模量，在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度，同时它还具有良好的抗蠕变及氧化能力，具有在下个十年推动结构材料变革的潜力，被认为是一种极具应用潜力的高温结构材料。高Nb-TiAl合金以其优良的抗氧化性能，高的室温和高温强度及耐高温蠕变性能成为新一代TiAl合金。
由于TiAl合金室温塑性低，韧度差，难于机加工，至今仍是大量生产TiAl零件的主要障碍。目前高铌钛铝合金的制备以铸锭冶金为主，在采用等离子冷床熔炼和自耗凝壳的铸锭中，所得铸锭组织粗大，有黑色L偏析。
采用粉末冶金方法可制取近终形的TiAl基合金制品，能有效解决TiAl金属间化合物加工成形的困难，但是粉末的制备是粉末冶金方法的前提和基础。由于高铌钛铝室温塑性低，加工成形困难，所以采用粉末冶金方法可以制备近终成形零件解决高铌钛铝成形问题。
常规钛铝粉末制备主要采用机械粉碎法和雾化法。由于机械粉碎法制得的钛铝合金粉末氧含量偏高，其使用率呈下降趋势。雾化法又分为惰性气体雾化法和立新雾化法。离心雾化法中用于制备钛铝合金粉末的以旋转电极雾化法偏多。但是离心雾化法虽然制备的粉末纯度较高，但是粉末太粗，细粉率太低，在后续加工中不好使用。所以常规钛铝粉末制备以惰性气体雾化为主。气体雾化法是利用高压气体作为雾化介质来破碎连续的熔融金属细流。气体雾化法可以获得直径50～100μm的金属粉末，气体雾化粉为光滑圆球形，冷却速率为102～103℃/s。气体雾化法又分有坩锅气体雾化法和无坩锅气体雾化法。
有坩埚气体雾化法是在坩埚中将金属熔化后，金属熔液流过细的喷嘴滴下时吹入高速旋转气体制取粉末的方法。TiAl合金是高熔点活性金属，而且对组织非常敏感，在坩埚中熔化时易污染，无法保持纯度。
发明内容
本发明的目的在于以高铌钛铝铸锭为原料制备纯净的高铌钛铝粉末，为采用粉末冶金工艺制备复杂形状的钛铝合金零件提供原料保证。
由于高铌钛铝熔点较高，而且为了得到低杂质含量的粉末，采用无坩埚感应加热连续惰性气体雾化工艺。
一种高铌钛铝合金粉末的制备方法，原料采用铸态高铌钛铝基合金铸锭，化学成分原子百分比at.％为：Al：45-46％，Nb：5-10％，W：0.2-1％，Y：0.01-0.1％，余量为Ti；
本发明的工艺流程如下：
熔炼→均热化处理→车削加工→机加工成可以连接的棒材→无坩埚感应加热连续惰性气体雾化制粉
具体工艺步骤为：
熔炼：采用等离子冷床工艺制备铸锭
均匀化处理：在1100-1300℃保温24-48小时，进行均热化处理；
车削加工：将退火后的铸锭的表面氧化皮去除；
棒材制备：采用的线切割和机加工方法将铸锭加工成以螺纹连接的直径为20-25mm长度为200-500mm的棒材，然后进行车削处理去除棒材表面的氧化铁皮；
粉末制备：采用无坩埚感应加热连续惰性气体雾化工艺将高铌钛铝合金棒材制成粉末。工艺参数为惰性气体压力2.0-5.0MPa，氩气流量160-220Ls-1。
无坩埚气体雾化法是将细长的TiAl合金棒通过感应圈缓慢下降，感应加热熔化的液体被来自喷嘴的氩或氦气雾化成粉。改变熔化金属的体积、雾化气的压力、流量和喷嘴的形状等参数可以控制粉末的粒度。由于熔化的金属不与坩埚和其它器皿接触，粉末不被污染，可制取低氧高纯TiAl合金粉。
本发明的优点在于所制备的粉末球形度很好，纯度高，具有很好的流动性而且粉末收得率高。所制备的粉末球形度达到80-95％，粉末收得率75-85％。当粒度为-200目时，合金粉中的氧含量为1150ppm。
附图说明
图1为高铌钛铝粉末形貌。
图2为高铌钛铝粉末粒度分布曲线。
具体实施方式
实施例1
采用等离子冷床工艺熔炼高铌钛铝铸锭，在1200℃保温24小时，进行均热化处理；然后将铸锭的表面氧化皮去除；采用的线切割方法将铸锭加工成可以连接的直径为20mm长度为220mm的棒材，然后进行车削处理去除棒材表面的氧化铁皮；采用无坩埚感应加热连续惰性气体雾化工艺将棒材制成粉末，工艺参数为惰性气体压力3.0MPa，氩气流量180Ls-1。所制备的粉末球形度达到92％，粉末收得率85％。当粒度为-200目时，合金粉中的氧含量为1150ppm。
实施例2
采用自耗凝壳工艺熔炼高铌钛铝合金后制成直径为30mm，长度为150mm的圆棒铸坯，然后将铸坯的表面氧化皮去除，将铸坯加工成可以连接的直径为25mm长度为140mm的棒材；采用无坩埚感应加热连续惰性气体雾化工艺将棒材制成粉末，工艺参数为惰性气体压力3.0MPa，氩气流量200L s-1。所制备的粉末球形度达到93％，粉末收得率87％。当粒度为-200目时，合金粉中的氧含量为1200ppm。
Claims (1)
1.一种高铌钛铝预合金粉末的制备方法，其特征在于：原料采用铸态高铌钛铝基合金铸锭，化学成分原子百分比at.％为：Al：45-46％，Nb：5-10％，W：0.2-1％，Y：0.01-0.1％，余量为Ti；；工艺流程为：熔炼→均热化处理→车削加工→机加工成可以连接的棒材→无坩埚感应加热连续惰性气体雾化法，
具体步骤为：
(1)熔炼采用等离子冷床工艺；
(2)在1100-1300℃保温24-48小时，进行均热化处理；然后将铸锭的表面氧化皮去除；
(3)采用的线切割和机加工方法将铸锭加工成以螺纹连接的直径为20-25mm长度为200-500mm的棒材，然后进行车削处理去除棒材表面的氧化铁皮；
(4)采用无坩埚感应加热连续惰性气体雾化工艺将棒材制成粉末，工艺参数为
惰性气体压力2.0-5.0MPa，氩气流量160-220Ls-1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080910 |