一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法

本发明涉及一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，所述方法联合粉末微轧制-放电等离子体烧结，属于金属材料制备。

背景技术：

1、钛合金是21世纪最值得关注的金属材料之一，具有比强度高、密度小、耐磨性能优异以及生物相容性良好等优点，在航空航天、军事科技、民用汽车、航母舰艇以及生物医疗等领域有着广泛的应用前景。

2、目前对于钛合金的制备方法主要有传统铸锭冶金、增材制造、自蔓延高温合成、粉末冶金等。然而，大多数制备钛合金的方法均是在较高的温度下进行，导致材料的制备周期长、能耗高，并且高温下制备的材料晶粒粗大，室温强度不高。因此，探索用一种简单、高效的制备方法在低温下制备具有优良力学性能的钛合金材料具有重要的意义。

3、放电等离子体烧结(sps)是近些年来发展起来的新型粉末烧结技术，它将电场激发的温度场与外加力场相结合，实现了材料的快速致密化。目前，sps在金属材料、陶瓷材料以及复合材料的制备方面已经得到了广泛的应用。虽然sps技术可以快速致密钛合金材料，但是钛合金的制备温度仍然较高，加重了能源消耗，材料的制备周期也变长。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，所述方法采用“粉末微轧制—放电等离子烧结”制备钛合金材料，操作简单，能耗低，能够在低温下获得全致密的钛合金材料，有效避免了高温下材料晶粒粗大的问题。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现。

3、一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，所述方法步骤如下：

4、(1)机械球磨：

5、将钛合金粉末加入球磨罐中进行高能球磨后蒸发、干燥，得到薄片状钛合金粉末。

6、优选钛合金粉末采用tc4球形粉末；

7、优选钛合金粒径为15～53μm；

8、优选磨球采用不锈钢磨球，大:中:小球比例为2:3:5，大球直径8mm，中球直径5mm，小球直径2mm；

9、优选球磨机为全方位行星式球磨机；

10、优选球磨参数为：球料比10:1；球磨机转速300～400rpm/min；球磨时间8～15h，每球磨1h，停机30min；球磨介质为乙醇。

11、(2)放电等离子烧结：将步骤(1)得到的薄片状钛合金粉末装入内径为φ的硬质合金模具中，在sps系统中进行放电等离子烧结。

12、具体烧结参数为：初始压力为1mpa，升温速率为100℃/min，烧结温度650℃～700℃；轴向压力为300mpa～400mpa；保温保压时间为15～30min；保温保压结束后，切断电流，卸除压力，随炉冷却至200℃以下取出，得到致密的钛合金材料。

13、优选硬质合金成分为93.6％wc+10％co+0.43％cr3c2；

14、优选硬质合金内径为20mm；

15、有益效果

16、(1)本发明提供的一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，与传统粉末冶金方法相比，本发明采用高能球磨将球形粉末撞击为片状粉末，对片状粉末进行sps烧结后，在650℃就可以获得全致密的钛合金材料，极大的缩短材料的制备周期，经济性优良。

17、(2)低温下制备的钛合金材料，由于烧结温度低而且粉末经过微轧制，因此获得的钛合金材料的组织细小均匀，避免了高温制备时材料内部晶粒粗大，室温强度不高的问题。

18、(3)该方法操作简单易行，实用性强，工业化前景好。

技术特征：

1.一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，其特征在于：步骤(1)中：

3.根据权利要求1所述的一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，其特征在于：步骤(1)中：

4.根据权利要求1所述的一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，其特征在于：步骤(1)中：

5.根据权利要求1所述的一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，其特征在于：步骤(2)中：

6.根据权利要求1所述的一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，其特征在于：步骤(2)中：

技术总结
本发明涉及一种通过粉末微轧制结合低温放电等离子烧结制备超细晶钛合金的方法，属于金属材料制备技术领域。该方法具体如下：将钛合金粉末加入球磨罐中进行高能球磨，然后经过蒸发和干燥，得到薄片状的钛合金粉末。接下来，将薄片状钛合金粉末装填入硬质合金模具中，在SPS系统中进行烧结。所述方法采用了“粉末微轧制—放电等离子烧结”工艺，成功制备出具有全致密结构的钛合金材料。该方法操作简便、能耗低，可以在低温烧结条件下直接获得具有高强度和良好韧性的钛合金材料。

技术研发人员：张朝晖,程兴旺,王强,贾晓彤,孙元昊,何杨宇,刘娅,冯向向,李文俊
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15