一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103551574103551574A(43)申请公布日2014.02.05(21)申请号201310515852.X(22)申请日2013.10.28(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人肖代红刘丹(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所43114代理人颜勇(51)Int.Cl.B22F3/14(2006.01)C23C8/24(2006.01)权利要求书1页权利要求书1页说明书4页说明书4页(54)发明名称一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法(57)摘要本发明提供一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法，属于粉末冶金材料制备技术领域。采用纯钛粉或者钛合金粉末，通过高温固态渗氮—活化烧结的方法，制备高性能的含氮的钛合金。其制备过程为：1）把纯钛粉或者钛合金粉在流动的氮气环境下的高温中进行固态渗氮处理，然后冷却；2）把高温渗氮的粉末在热压烧结炉中或等离子烧结炉中活化烧结成块。本发明通过合理的微观结构设计，充分利用廉价氮的强化作用，制备出成分简单、价格低廉的含氮的钛合金，可节约资源，降低成本。本发明同时工艺简单，可适合于工业化生产。CN103551574ACN103574ACN103551574A权利要求书1/1页1.一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法，包括下述步骤：步骤一：将纯钛粉或钛合金粉置于含氮环境下加热至900～1100℃下保温10-60min，获得颗粒表面含氮的纯钛粉或钛合金粉；步骤二：将步骤一中所得的含氮纯钛粉或钛合金粉在真空热压烧结炉或等离子烧结炉中进行烧结；得到含氮的粉末冶金钛氮合金。2.根据权利要求1所述的一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法，其特征在于：所述含氮环境是指环境中氮气浓度的体积分数≥95%。3.根据权利要求1所述的一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法，其特征在于：所述纯钛粉或钛合金粉的粒度为5μm-150μm。4.根据权利要求1所述的一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法，其特征在于：所述纯钛粉的纯度≥99%。5.根据权利要求1所述的一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法，其特征在于：所述含氮纯钛粉或钛合金粉盛装在石墨模具中进行烧结。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法，其特征在于：热压烧结炉的烧结工艺参数为：烧结压力5MPa～50MPa，烧结温度1100～1400℃，烧结时间30～180min。7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法，其特征在于：等离子烧结炉的烧结工艺参数为：烧结压力20MPa～50MPa，烧结温度1000～1200℃，烧结时间5～15分钟。2CN103551574A说明书1/4页一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法。属于粉末冶金结构材料制备领域。背景技术[0002]钛及其合金因其具有轻质高强、热强性好、耐蚀性和生物相容性优异等优点，在航空航天等军用和民用领域获得了日益广泛的应用。固溶强化是目前钛合金主要的强化方式之一。文献表明，0.2wt.%的氮能使纯钛拉伸屈服强度从180MPa提高到670MPa，其强化效果远高于其他常用的Al、Ag、Zr、Mo等合金化元素【钛合金在俄罗斯飞机及航空航天上的应用，航空工业出版社，2008年，p2】。氮在Ti中的最大固溶度为7wt.%（质量分数，下同）。由于氮存在于钛基体中，通常有2种形式，一种是固溶在基体合金中，形成含氮的固溶体，这对基体金属是具有良好的固溶强化效果的；另一种是与基体金属形成氮化物夹杂，严重损害基体金属的塑性。而现有技术无法控制氮存在于钛基体中的具体形式，因此，为保持金属钛的良好塑性，通常工业纯钛中的氮含量被严格控制在0.2wt.%以下；导致作为固溶体强化效果显著的氮元素的强化效果没有得到充分的利用。另外，在通常的粉末冶金领域中，由于氮会使材料断裂韧性、低温韧性、疲劳性能、耐蚀性、冷成型性和可焊性等变坏，因此，氮通常作为一种有害元素，其含量也是被严格控制的。[0003]目前，钛氮合金的生产工艺复杂，且大多技术被外国封锁，我国在钛氮合金研究方面虽然有所发展，生产工艺仍然复杂，污染严重，浪费了大量资源。中国专利“一种钛氮合金的制备方法”（公开号CN102976296A，公开日2013年3月20日）公开了一种：将钛白粉、固体还原剂按摩尔比1:n均匀混合成型(1≤n≤1.5),所得物料放入氮气保护气氛的回转窑、用隧道窑或辊道窑反应器中，于1300-1500℃高温下反应烧结6-10小时,这种方法制备的钛氮合金工艺复杂，烧结时间长，成本较高。王宏伟等将海绵钛和TiN粉