AlNb合金粉末的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于轻质高强钛铝金属间化合物的粉末冶金制备技术领域，具体涉及一种超细高纯度Ti2AlNb基合金粉末的制备方法。
【背景技术】
[0002]Ti2AlNb是以有序正交结构O相为基础的金属间化合物合金，成分通常在T1-(18-30)Al-(12.5-30)Nb范围，并含有少量的Mo、V和Ta等合金元素。由于长程有序的超点阵结构减弱了位错运动和高温扩散，因而该合金不仅具有较高的比强度、比刚度，还有高温蠕变抗力、断裂韧性高、抗氧化性好、热膨胀系数低等特点，因此它已经成为最具潜力的新型航空航天用轻质高温结构材料。
[0003]Ti2AlNb合金化程度高，在熔炼过程中易出现宏观成分偏析，在凝固过程中易出现缩孔、疏松等铸造缺陷，室温塑性低且离散度大。目前制备Ti2AlNb合金构件的主要方法为铸锭热变形+机加工的方法，锻造遗传组织分布不均匀易导致后续机加工产生裂纹。采用粉末冶金近净成形工艺能够解决铸造和变形Ti2AlNb合金宏观成分偏析和微观组织不均匀等问题，突破了铸锭尺寸和热变形设备的局限对变形Ti2AlNb合金形状及尺寸的限制，可以成型大尺寸复杂构件，且成分均匀，组织细小，致密化程度高，性能一致性好。相比于气雾化法和转移弧等离子旋转电极制粉工艺，采用非转移弧等离子旋转电极技术能够制备出超细、高纯度、高球形度、低氧含量的Ti2AlNb合金粉末，确保成型后具有优异的性能，满足航空航天服役要求。
【发明内容】
[0004]为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种，针对粉末冶金近净成形能够解决传统工艺制备Ti2AlNb合金过程中的偏析、缺陷、难以加工等问题，以及当前普遍使用的制粉方法制得的合金粉末球形度、纯净度不佳，影响成型后性能的问题，本发明提供了一种超细、高纯度、高球形度、低氧含量Ti2AlNb合金粉末的制备方法，确保成型后的Ti2AlNb合金成分均勾、组织细小、性能优异，满足航空航天领域的应用要求。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种超细高纯度Ti2AlNb合金粉末的制备方法，包括以下步骤:
I)按照Ti2AlNb基合金的成分为配料，Al: 5-20wt%，Nb: 20-50wt%，其余Ti为基体，添加0-25￥丨％的舭3&、￥、3丨、2广胃、￥合金元素，并熔炼成11241恥合金棒；
2 )对熔炼的T i 2AI Nb合金棒进行精车加工，加工后的电极棒为:直径为I O-1 OOmm，长度为lOO-lOOOmm，圆度偏差小于0.1mm，直线度偏差小于0.lmm/m，粗糙度小于1.6μηι;
3)装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至10—3-10—2Pa，向反应室充入氦气、氩气或氦氩混合气，使腔室内压力为0.0l-1MPa，气氛中氧含量小于0.1wt%;
4)PREP制粉设备的等离子枪功率为100-300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为10000-30000r/min，使端部均勾熔化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出，并形成细小液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5)对制得的Ti2AlNb合金粉末在惰性气体保护环境下进行筛分和包装。
[0006]所述的Ti2AlNb合金粉末平均粒度为50μπι-1.5mm。
[0007]所述的Ti2AlNb合金粉末平均粒度小于60μπι的超细粉末。
[0008]所述的步骤4)制粉过程增氧量为100-1000ppm。
[0009]所述的步骤4)制粉过程增氧量小于200ppm的超低增氧量。
[0010]本发明的有益效果在于:
使用非转移弧等离子旋转电极工艺，在超高转速条件下，能够制得超细、高纯度、高球形度、低氧含量的Ti2AlNb合金粉末，其成型件能够满足航空航天部件的应用需求。
[0011 ]使用本方法制得的粉末进行热等静压成型及热处理，其力学性能可达到:屈服强度大于950MPa，抗拉强度大于1050MPa，断后伸长率大于15%，断面收缩率大于35%。
[0012]本发明通过调整工艺参数可获得平均粒度为50μπι-1.5mm的Ti2AlNb合金粉末，尤其能够制得平均粒度小于60μπι的超细粉末，夹杂物小于10颗/kg，制粉过程增氧量在100-1OOOppm范围内可控，尤其能实现小于200ppm的超低增氧量;该粉末的热等静压成型件力学性能为:屈服强度大于950MPa，抗拉强度大于1050MPa，断后伸长率大于15%，断面收缩率大于 35%。
[0013]添加不同合金元素对Ti2AlNb合金性能的影响，Mo:提高合金的强度、弹性模量，但会降低合金的断裂韧性;Ta:当Nb含量达到27%(at%)，用Ta代替部分Nb有利于合金组织优化，室温屈服强度和塑性均能提高;V:提高强度、蠕变抗力和室温塑性，体弹性模量降低，剪切模量增加;S1:提高蠕变性能和抗氧化性，体弹性模量降低，剪切模量增加;Zr:增加中温动力学应变时效效应;Mo、W、V:替代合金中的部分Nb，在保留合金良好的综合力学性能的同时，可进一步降低合金的密度。
【附图说明】
[0014]图1为本发明Ti2AlNb合金粉末扫描电镜照片。
[0015]图2为本发明Ti2AlNb合金粉末能谱分析。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0017]实施例1
一种超细高纯度Ti2AlNb合金粉末的制备方法，包括以下步骤:
I)按照Ti 2AlNb基合金的成分为配料，T1: 47.I wt%，Al:10.6wt%，Nb: 41.3wt%，Mo:I.0wt%，并熔炼成Ti2AlNb合金棒。
[0018]2)对熔炼的Ti2AlNb合金棒进行精车加工，加工后的电极棒为:直径为95mm，长度为I OOOmrn，圆度偏差0.0 Imm，直线度偏差0.06mm/m，粗糙度0.48μπι ；
3)装载电极棒至反应室中，对反应室抽真空至5*10—3Pa，向反应室充入氦气，使腔室内压力为0.5MPa，气氛中氧含量为0.001wt%；
4)PREP制粉设备的等离子枪功率为300kW，等离子炬包含钨阴极和铜阳极，电极棒不做电极，等离子体对电极棒端部进行加热，电极棒转速为30000r/min，使端部均勾恪化，雾化液滴在离心力作用下从电极棒端部被甩出并形成液滴，液滴在惰性气体环境中快速冷却成球形颗粒，落入反应室底部收集器中；
5)对制得的Ti2AlNb合金粉末在惰性气体保护环境下进行筛分和包装。
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