粉末冶金制备近β型Ti-Nb合金的方法

粉末冶金制备近
β
型ti-nb合金的方法
技术领域
1.本发明属于合金材料技术领域，特别涉及一种粉末冶金制备近β型ti-nb合金的方法。


背景技术：

2.钛及钛合金因其密度低、比强度高、耐腐蚀性强以及生物相容性优异等优点而受到广泛关注，这些优良的性能与钛的同素异构转变密不可分，通过调控工艺参数进而调控钛合金中α相与β相的比例来达到满足某种性能需求的目的。根据钛合金退火状态下的微观结构可以将其分为α、近α、α β、近β以及β型合金，不同的组织结构决定其不同的性能，而β型钛合金以其较高的强度、优异的机械加工性能以及抗疲劳性能和耐环境腐蚀性能成为钛合金研究的重点。
3.在以往的研究中，人们通过添加不同合金元素来达到降低钛的α—β转变温度的目的，从而使钛合金可以在相对较低的温度下保留β相结构，nb是一种理想的同晶型β相稳定元素，但其熔点和密度与ti相差较大，通过传统熔炼方法制备ti-nb合金存在合金均匀性差、高熔点nb不熔块等问题。于是人们开始利于纯nb与纯ti相互扩散来制备β及近β型ti-nb固溶体，与传统工艺相比，这种方法过程简单、制造成本低具有良好应用前景。但是此种方式制备的ti-nb合金中往往存在大量难以消除的富ti相与富nb相，其往往会对ti-nb合金的各种性能产生不利影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种粉末冶金制备近β型ti-nb合金的方法，能得到合金成分均匀且具有高β相含量。
5.本发明采用的技术方案是，粉末冶金制备近β型ti-nb合金的方法，包括以下步骤：
6.步骤1、对nb粉进行高能球磨；
7.步骤2、将步骤1球磨后的nb粉过筛，得到粒度均匀的nb粉末；
8.步骤3、将nb粉末与tih2粉末混合得到混合粉末；
9.步骤4、将混合粉末压制成型，得到tih
2-nb压坯；
10.步骤5、将tih
2-nb压坯在气氛管式炉中烧结成型，得到ti-nb合金。
11.本发明的特点还在于：
12.步骤1高能球磨过程中：利用乙醇进行湿法球磨，球料质量比为10：1～11：1，球磨时间为10h～20h。
13.步骤2中nb粉末粒度范围为600目～800目。
14.步骤3中nb粉末与tih2粉末的质量比为1：1.1～1：1.2，混合时间8h～10h。
15.步骤4中压制成型过程：成型压力为20mpa～30mpa,保压时间为60s-90s。
16.步骤5的烧结过程：烧结温度为1400℃～1500℃，保温2h～6h，烧结过程中升温速率为8～10℃/min，烧结完成后以0.8～1℃/min的速率降至室温。
17.本发明的有益效果是：
18.本发明粉末冶金制备近β型ti-nb合金的方法，通过长时间湿法球磨显著细化了nb粉末颗粒粒度，增加了其微观应变，为其与tih2粉末在烧结过程中进一步扩散提供了额外的驱动力；
19.最终烧结试样中β相成分均匀、晶粒细小、含量高达85％以上，达到了通过高能球磨与传统固相烧结制备近β型ti-nb合金的目的；
20.易于操作，制备的ti-nb合金的微观结构满足优良近β型的ti合金要求，并且生产成本低，便于工业化批量生产。
附图说明
21.图1是本发明粉末冶金制备近β型ti-nb合金的方法得到的合金组织图。
具体实施方式
22.下面结合附图及实施例对本发明加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的使用范围不限于下述的实施例。
23.实施例1
24.步骤1，称取10gnb粉末进行高能球磨，球磨前添加粉末质量10％的无水乙醇进行湿法球磨，球料比为10：1，大中小磨球比例1：1：2，球磨转速400r/min，球磨时间10h；
25.步骤2，将步骤1得到的球磨nb粉末通过筛分机分离，使用的筛网为400目、600目、800目、1000目，筛分5min，最终取粒度范围在600目～800目之间的细nb粉；
26.步骤3，将步骤2得到的细nb粉与原始tih2粉末按照1：1.1混合，在v字混料机上进行均匀混合，混合转速为60r/m，混合时间为6h；
27.步骤4，将步骤3得到的均匀混合粉末在手动油压机上压制成型，成型压力为20mpa、保压时间为60s；
28.步骤5，将步骤4得到的压坯放在气氛保护管式烧结炉中，通入氩气提供惰性气体保护环境，烧结温度为1400℃，保温4h，烧结过程中升温速率为8℃/min，烧结完成后以0.8℃/min的速率降至室温。
29.如图1所示，实施例1所得材料的致密度为93.72％，其β相占比为87.15％，该结果优于传统粉末冶金制备的ti-nb合金。
30.实施例2
31.步骤1，称取10gnb粉末进行高能球磨，球磨前添加粉末质量12％的无水乙醇进行湿法球磨，球料比为10.5：1，大中小磨球比例1：1：2，球磨转速400r/min，球磨时间15h；
32.步骤2，将步骤1得到的球磨nb粉末通过筛分机分离，使用的筛网为400目、600目、800目、1000目，筛分5min，最终取粒度范围在600目～800目之间的细nb粉；
33.步骤3，将步骤2得到的细nb粉与原始tih2粉末按照1：1.15混合，在v字混料机上进行均匀混合，混合转速为60r/m，混合时间为7h；
34.步骤4，将步骤3得到的均匀混合粉末在手动油压机上压制成型，成型压力为25mpa、保压时间为75s；
35.步骤5，将步骤4得到的压坯放在气氛保护管式烧结炉中，通入氩气提供惰性气体
保护环境，烧结温度为1450℃，保温2h，烧结过程中升温速率为9℃/min，烧结完成后以0.9℃/min的速率降至室温。
36.实施例2所得材料的致密度为95.42％，其β相占比为80.14％，该结果优于传统粉末冶金制备的ti-nb合金。
37.实施例3
38.步骤1，称取10gnb粉末进行高能球磨，球磨前添加粉末质量15％的无水乙醇进行湿法球磨，球料比为11：1，大中小磨球比例1：1：2，球磨转速400r/min，球磨时间20h；
39.步骤2，将步骤1得到的球磨nb粉末通过筛分机分离，使用的筛网为400目、600目、800目、1000目，筛分5min，最终取粒度范围在600目～800目之间的细nb粉；
40.步骤3，将步骤2得到的细nb粉与原始tih2粉末按照1：1.2混合，在v字混料机上进行均匀混合，混合转速为60r/m，混合时间为8h；
41.步骤4，将步骤3得到的均匀混合粉末在手动油压机上压制成型，成型压力为30mpa、保压时间为90s；
42.步骤5，将步骤4得到的压坯放在气氛保护管式烧结炉中，通入氩气提供惰性气体保护环境，烧结温度为1500℃，保温6h，烧结过程中升温速率为10℃/min，烧结完成后以1℃/min的速率降至室温。
43.实施例3所得材料的致密度为94.58％，成分均匀、晶粒细小且β相占比为83.24％，该结果优于传统粉末冶金制备的ti-nb合金，有益于其获得优异的物理化学性能。
44.通过以上方式，本发明粉末冶金制备近β型ti-nb合金的方法，与混合球磨和传统固相烧结相结合，最终提高了合金试样的β相占比，减少了富ti相与富nb相的残余。