一種鈦鎳鋁鈮合金材料，系空心陰極等離子燒結(jié)體，其組成按照原子百分比計(jì)，鈦47-48.5%，鎳45-46.5%，鈮0.5-1%，余量為鋁，其中鈦含量比鎳含量多1-3%。其制備工藝是，按各組分的原子百分比稱取一定粒度的鈦粉、鎳粉、鋁粉、鈮含量為10wt.%的鎳鈮預(yù)合金粉配料，球磨混合后過篩，通過模壓成型制得壓坯；將壓坯和石墨板反射屏組成空心陰極，采用空心陰極等離子燒結(jié)法實(shí)現(xiàn)壓坯的高溫快速燒結(jié)，冷卻后得到所述的合金材料。本發(fā)明專利技術(shù)的鈦鎳鋁鈮合金材料具有良好的塑性和強(qiáng)度，燒結(jié)體晶粒均勻，組織致密，成本低。空心陰極等離子燒結(jié)制備工藝簡(jiǎn)單，解決了熔煉鑄造工藝裝備要求高的困難，并且顯著降低制備溫度，提高材料利用率，節(jié)約能耗和成本。?
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種合金及合金的制備工藝，尤其涉及一種鈦鎳鋁鈮合金材料及其制備工藝。
技術(shù)介紹
目前在動(dòng)力、石化、航空及航天等領(lǐng)域，可在600°C以上高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的金屬結(jié)構(gòu)材料主要是鎳基、鐵基及鈷基高溫合金，但這些材料均具有較高的密度(一般8. Og/cm3以上)，造成組件及設(shè)備的重量大，能源消耗大、使用效率低，甚至?xí)硪弧ば撛诘牟话踩蛩兀绨l(fā)動(dòng)機(jī)輪盤及葉片轉(zhuǎn)動(dòng)過程中由于鎳基合金比重高導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生巨大的離心力。因此，必須開發(fā)低密度、高比強(qiáng)的新型輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料以適應(yīng)相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的需要。鈦鎳鋁作為一種新型合金材料由于具有較高的室溫及高溫強(qiáng)度、良好的抗氧化性、較低的密度(約6g/cm3)，可替代傳統(tǒng)高溫結(jié)構(gòu)材料，減輕構(gòu)件重量，提高效率，降低能源消耗。目前鈦鎳鋁合金材料的報(bào)道主要集中在富鈦型、富鎳型和等原子型三類材料。Koizumi. Y等人向NiTi合金中加不同量的Al替代Ti (富鎳型)，合金的相組成轉(zhuǎn)變?yōu)橛苫w相B2 (NiTi)、強(qiáng)化相Ni2TiAl構(gòu)成的復(fù)相結(jié)構(gòu)，室溫及高溫強(qiáng)度大幅度提高，室溫壓縮屈服強(qiáng)度達(dá)到2300MPa，超過鎳基高溫合金Rene95，1000°C左右壓縮屈服強(qiáng)度和中溫區(qū)間使用的高溫合金相當(dāng)(Koizumi Y, Ro Y, Nakazawa S，et al. NiTi-base intermetal liealloys strengthened by Al substitution. Materials Science and Engineering A，1997，223: 36-41)。但富鎳型合金Ni含量較多，密度較大；同時(shí)根據(jù)NiAl-NiTi 二元相圖可知，隨著Ti含量減少(Al含量增大)，脆性強(qiáng)化相Ni2TiAl的占比增多，導(dǎo)致合金塑性迅速降低。中國(guó)專利技術(shù)專利ZL200510053911. I公開了一種鈦鎳鋁高溫合金材料及其制備方法，其
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
是向NiTi合金中添加Al替代Ni (富鈦型)，此時(shí)合金材料的相組成為基體相B2、強(qiáng)化相Ti2Ni (Al)構(gòu)成的復(fù)相結(jié)構(gòu)，室溫和高溫強(qiáng)度提高，18°C下壓縮屈服強(qiáng)度為1100-1500MPa，壓縮變形率為9-20%，600°C下壓縮屈服強(qiáng)度為800-1200MPa，變形率為30-40%。另外，中國(guó)專利技術(shù)專利CN200510053910. 7B (一種鈦鎳鋁鑰高溫合金材料，材料為 Ti50Ni41.5A18Mo0.5、Ti53Ni40Al5Mo2)' CN200710175506. 6B (一種鈦鎳鋁基高溫合金材料及其制備方法，材料為 Ti44Ni49Al5Cr2, Ti44Ni50Al5W1, Ti44Ni49Al6Ta1、Ti45Ni46Al6V3 或Ti45Ni46Al6Co3X CN200810116867. 8B (一種鈦鎳鋁稀土高溫合金材料及其制備方法，材料為Tif65Nif5tlAlri4Wa oori)均公開了一種在鈦鎳鋁基礎(chǔ)上添加其他合金化元素的合金材料。在TiNiAl合金材料基礎(chǔ)上，通過添加Nb元素可提高合金的室溫、高溫力學(xué)性能及高溫抗氧化性能，如中國(guó)專利技術(shù)專利ZL200510053909. 4( —種鈦鎳鋁鈮高溫合金材料，材料為Ti^^NUl^Nbu)、CN200710175504. 7A (一種鈦鎳鋁鈮鋯高溫合金材料，材料為Ti46Ni44Al4Nb2Zr4,Ti42Ni48Al4Nb2Zr4,Ti44Ni48Al3Nb3Zr2),CN200710175511. 7B (一種鈦鎳鋁鈮鉿高溫合金材料，材料為 Ti41Ni49Al5Nb2Hf3' Ti37Ni50Al6Nb3Hf4, Ti46Ni46Al6Nb2Hf2) 中國(guó)專利技術(shù)專利ZL200510053909. 4的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
是向TiNiAl合金中添加Al、Nb替代Ni，室溫壓縮屈服強(qiáng)度為1100-1800MPa，變形率大于10%，在600-800°C之間的壓縮屈服強(qiáng)度為1150_350MPa，變形率大于25%，與具有相同Al原子百分比的富鈦型TiNiAl合金材料相比，提高了室溫至700°C溫度區(qū)間內(nèi)的屈服強(qiáng)度以及600-800°C溫度區(qū)間內(nèi)抗氧化性能。在Ti5(lNi44_xAl6Nbx(x=2、4、6、8、10)中，當(dāng)Nb含量大于2%時(shí)即開始析出脆性強(qiáng)化相富Nb相，富Nb相的析出導(dǎo)致塑性下降；在 NiTi 等原子的 Ti47_xNi47_xAl6Nb2x (χ=0. 25、0· 5、1、2、3)合金體系中，lat. %的Nb含量的合金同時(shí)具備較好的塑性和強(qiáng)度，Nb含量高于Iat. %時(shí)，開始析出富Nb相，合金的塑性降低(邱高松.Nb對(duì)TiNiAl合金的組織結(jié)構(gòu)及其性能的影響.北京北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2007.)。由于鈦是一種高活性金屬，在熔煉溫度下能和許多元素起化學(xué)反應(yīng)，因此上述鈦鎳鋁鈮合金材料的熔煉鑄造必須在真空中或在惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行，設(shè)備要求及熔化溫度高(一般在2000°C以上)，導(dǎo)致材料的制備成本昂貴；另一方面，鈦合金鑄造性能不好，即使采用各種先進(jìn)和妥善的鑄造工藝，也難避免出現(xiàn)各種鑄造缺陷例如縮孔等，從而直接降低合金的力學(xué)性能。Al含量較高時(shí)易產(chǎn)生偏析，在很大程度上影響合金組織性能的穩(wěn)定性；為了消除鑄造應(yīng)力和均勻化組織仍需在真空中進(jìn)行退火處理。另外，鑄造后的錠材多需要 機(jī)械加工，由于鈦鎳鋁鈮合金材料強(qiáng)度和硬度較高，造成后續(xù)加工比較困難。與鑄造技術(shù)相比，粉末冶金作為一種近凈成形的加工技術(shù)，可在較低的燒結(jié)溫度下制備出晶粒細(xì)小、組織均勻無偏析的材料。然而，內(nèi)部孔隙的存在導(dǎo)致粉末冶金材料力學(xué)性能較低，如何提高致密度為粉末冶金材料及其成形技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)。高溫?zé)Y(jié)可作為提高粉末冶金TiNi基合金致密度一種重要方式。Verdian等在1300°C下真空燒結(jié)非晶態(tài)/納米NiTi粉末壓還制得了孔隙率小于4%的燒結(jié)體(Verdian MM, Raeissi K, Salehi Μ,et al. Characterization and corrosion behavior of NiTi-Ti2Ni-Ni3Ti multiphaseintermetallics produced by vacuum sintering. Vacuum 2011;86(I):91-95)。 YenFu-Cheng等在1280°C對(duì)普通混粉壓制而成的Ti51Ni49燒結(jié)2h后，其致密度達(dá)到95. 3%。根據(jù)相圖分析計(jì)算可知，在此燒結(jié)條件下液相可達(dá)16. 6%，持續(xù)液相燒結(jié)是獲得高致密度燒結(jié)材料的關(guān)鍵(Yen F. -C, Hwang K. -S. Materials Science and Engineering A 2011,doi : 10. 1016/j. msea. 2011. 03. 028)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)鈦鎳鋁鈮金屬間化合物合金材料及其制備方法中所存在的問題和不足，提供一種空心陰極等離子燒結(jié)鈦鎳鋁鈮合金材料及其制備工藝，制備致密度高，兼具室溫高強(qiáng)度和優(yōu)良塑性的空心陰極燒結(jié)低成本TiNiAlNb合金材料。本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 一種鈦鎳鋁鈮合金材料，所述的合金材料為空心陰極等離子燒結(jié)體，其組本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鈦鎳鋁鈮合金材料，其特征在于，所述的合金材料為空心陰極等離子燒結(jié)體，其組成按照原子百分比計(jì)，鈦47？48.5%，鎳45？46.5%，鈮0.5？1%，余量為鋁，其中鈦含量比鎳含量多1？3%。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉子利，陳志華，劉伯路，劉希琴，溫宸，溫筱山，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：常熟市良益金屬材料有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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