不熔化制備金屬性合金制品的方法
【專利摘要】通過(guò)混合基體金屬的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物和合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物以形成化合物的混合物來(lái)制備用合金元素合金化的基體金屬制品（20）。該合金元素優(yōu)選與該基體金屬熱物理熔體不相容。該方法進(jìn)一步包括將該化合物的混合物化學(xué)還原成金屬性合金，而不熔化該金屬性合金，并隨后壓實(shí)該金屬性合金以產(chǎn)生密實(shí)的金屬制品（20），而不熔化該金屬性合金且不熔化該密實(shí)的金屬制品（20）。
【專利說(shuō)明】不熔化制備金屬性合金制品的方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2003年6月12日，申請(qǐng)?zhí)枮?3819501.1，發(fā)明名稱為“不熔化制備金屬性合金制品的方法”的發(fā)明專利的分案申請(qǐng)。
[0002]本發(fā)明涉及制備金屬性合金制品，如鈦合金制品，而不熔化該金屬性合金。
[0003]發(fā)明背景
[0004]金屬性合金制品用可能適合該制品性質(zhì)的一系列工藝的任一工藝制造。在一種通常的方法中，含金屬的礦石被冶煉以產(chǎn)生熔化的金屬，隨后將其鑄造。在必要時(shí)金屬的礦石被精煉以除去或減少不需要的次要元素的量。精煉后的金屬的組成也可以通過(guò)加入需要的合金元素而改變。這些精煉和合金化的步驟可以在初始熔化過(guò)程中或在凝固和重熔后進(jìn)行。在所需組成的金屬被生產(chǎn)出之后，對(duì)于某些合金組成它可能以鑄造形式被使用(即鑄造合金)，或?qū)ζ渌辖鸾M成它可被進(jìn)一步加工以使該金屬成形為所需的形狀(即鍛造合金)。對(duì)任一情形，都可以進(jìn)行進(jìn)一步的加工，如熱處理、機(jī)械加工、表面涂覆等等。
[0005]因?yàn)楸唤Y(jié)合用來(lái)生產(chǎn)合金的金屬的熱物理性能不同，金屬性合金的生產(chǎn)可能被復(fù)雜化。由于金屬的這些熱物理性能而引起的相互作用和反應(yīng)可能導(dǎo)致不希望的結(jié)果。鈦，一種工業(yè)上重要的金屬，由于其在空氣中與氧和氮的反應(yīng)性，在多數(shù)場(chǎng)合下必須在真空中熔化。在通向本發(fā)明的工作中，發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到由于其在真空環(huán)境中的相對(duì)蒸氣壓，在真空中熔化的必要性使一些需要的合金元素難于應(yīng)用。蒸氣壓的差異是鈦合金化中必須考慮的一個(gè)熱物理性能。在其他的情況下，由于其他熱物理特征，如熔點(diǎn)、密度、化學(xué)反應(yīng)性以及強(qiáng)@穩(wěn)定劑離析的傾向等，合金元素可能與熔融的鈦在熱物理上不相容。一些不相容性可以通過(guò)使用昂貴的主合金克服，但這一方法在其他場(chǎng)合不適用。
[0006]因此需要一種改進(jìn)的制造鈦和其他具有熱物理熔體不相容性(thermophysicalmelt incompatibilities)的元素的合金的方法。本發(fā)明滿足了這一需要，并進(jìn)一步提供了與之有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]發(fā)明概述
[0008]本發(fā)明提供一種制備由一種金屬如鈦和一種熱物理熔體不相容合金元素的合金制成的制品的方法。本發(fā)明方法繞過(guò)了在熔化實(shí)踐中不能避免的或在很大的困難和代價(jià)下才可以避免的問(wèn)題。本發(fā)明方法容許制備均勻的合金，而不將組元置于導(dǎo)致不相容的環(huán)境，特別是熔化過(guò)程?；钚越饘俸秃辖鹪氐臒o(wú)意氧化也得到避免。本發(fā)明方法容許制備具有用其他方法可能不容易以工業(yè)規(guī)模制備的組成的制品。主合金未被使用。
[0009]通過(guò)混合一種可化學(xué)還原的基體金屬的非金屬性基體金屬前體化合物和一種可化學(xué)還原的合金元素的非金屬性合金元素前體化合物形成一種化合物的混合物來(lái)制備用一種合金兀素合金化的基體金屬的制品。優(yōu)選所述的合金兀素是與基體金屬熱物理熔體不相容的，但熱物理熔體不相容和熱物理熔體相容的合金元素都可以存在。該方法進(jìn)一步包括將該化合物的混合物化學(xué)還原成金屬性合金，而不熔化該金屬性合金，并隨后固結(jié)該金屬性合金，以產(chǎn)生固結(jié)的金屬性制品，而不熔化該金屬性合金且不熔化該固結(jié)的金屬性制品。
[0010]非金屬性前體化合物可以是固態(tài)的、液態(tài)的或氣態(tài)的?；瘜W(xué)還原優(yōu)選由固相還原進(jìn)行，例如對(duì)處于精細(xì)分開的固體形式如該元素的氧化物形式的前體化合物的溶鹽電解；或者由氣相還原進(jìn)行，例如使基體金屬和合金元素的氣相鹵化物與液態(tài)堿金屬或液態(tài)堿土金屬接觸。最終制品優(yōu)選包含多于任何其他元素的鈦。然而，本發(fā)明不局限于鈦基合金。目前感興趣的其他合金包括鋁基合金、鐵基合金、鎳基合金和鎂基合金，但本方法對(duì)非金屬性前體化合物可供還原到金屬狀態(tài)的任何合金都是可操作的。
[0011]在另一實(shí)施方案中，制備由一種合金元素合金化的鈦制成的制品的方法包括如下步驟:提供一種鈦基體金屬的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物，并提供一種與鈦基體金屬熱物理熔體不相容的合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物，并隨后混合該基體金屬前體化合物和該合金元素前體化合物以形成化合物的混合物。該方法進(jìn)一步包括化學(xué)還原該化合物的混合物以形成金屬性合金，而不熔化該金屬性合金，并隨后固結(jié)該金屬性合金以生產(chǎn)固結(jié)的金屬性制品，而不熔化該金屬性合金且不熔化該固結(jié)的金屬性制品。此處描述的其他相容的特征可在本實(shí)施方案中使用。
[0012]合金元素與鈦或其他基體金屬的熱物理熔體不相容性可以是幾種類型的任一種，下面示例幾種。在合金中，可能有一種或多種熱物理熔體不相容元素，和一種或多種與基體金屬熱物理熔體不相容的元素。
[0013]這種熱物理熔體不相容性之一在于蒸氣壓，如合金元素在熔融溫度下具有的蒸發(fā)速率比鈦的高約100倍以上的情形，該溫度優(yōu)選剛剛在該合金的液相線溫度以上。這樣的合金元素的例子包括鎘、鋅、鉍、鎂和銀。
[0014]另一這樣的熱物理熔體不相容性發(fā)生在合金元素的熔點(diǎn)與鈦的匹配起來(lái)太高或太低時(shí)，如合金元素與鈦的熔點(diǎn)相差(或大或小)約400°C (720° F)以上的情形。這樣的合金元素的例子包括鎢、鉭、鑰、鎂和錫。這些元素的一些可以用熔點(diǎn)與鈦相近的主合金配料，但該主合金一般是昂貴的。
[0015]另一這樣的熱物理熔體不相容性發(fā)生在合金元素與鈦的密度相差如此之大，以至于合金元素在熔體中物理分離，如合金元素與鈦的密度相差約0.5克/立方厘米以上的情形。這樣的合金元素的例子包括鎢、鉭、鑰、鈮和鋁。
[0016]另一這樣的熱物理熔體不相容性在于合金元素，或合金元素與鈦形成的一種化合物，在液相與鈦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這樣的合金元素的例子包括氧、氮、錳、鎳和鈀。
[0017]另一這樣的熱物理熔體不相容性在于合金元素與鈦在液相有溶混間隙。這樣的合金元素的例子包括稀土或類稀土元素如鋪、禮、鑭、鉺、乾和釹。
[0018]另一更復(fù)雜的熱物理熔體不相容性包括當(dāng)與鈦合金化時(shí)顯示大的液相線-固相線間隙的強(qiáng)P穩(wěn)定化元素。一些此種元素，如鐵、鈷、鉻、鎳或錳，典型地與鈦顯示共晶(或近共晶)相反應(yīng)，并且還通常顯示3相轉(zhuǎn)變成a相和一種化合物的固態(tài)共析分解。其他此種元素，如鉍和銅，通常與鈦顯示包晶相反應(yīng)從液相中產(chǎn)生3相，并且類似地通常顯示3相轉(zhuǎn)變成a相和一種化合物的固態(tài)共析分解。從熔體凝固過(guò)程中，這類元素在達(dá)到合金均勻化方面顯得極為困難。這一結(jié)果不僅是由于通常的凝固分配導(dǎo)致微觀離析，而且是因?yàn)橐阎廴谶^(guò)程微擾會(huì)導(dǎo)致富含P穩(wěn)定化元素的液體在凝固過(guò)程中的分離，造成通常稱為^斑點(diǎn)的宏觀離析區(qū)。
[0019]另一熱物理熔體不相容性 包括堿金屬和堿土金屬，如鋰和鈣，通常在鈦合金中具有極其有限的溶解度。這些元素的細(xì)微分散，如在a鈦中的0鈣，用熔化方法可能不容易實(shí)現(xiàn)。
[0020]這些和其他類型的熱物理熔體不相容性導(dǎo)致在傳統(tǒng)的熔化實(shí)踐中這些元素難于或不可能形成可接受的合金。其中金屬在生產(chǎn)或加工時(shí)根本不熔化的本發(fā)明方法繞過(guò)了熱物理熔體不相容性，可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的均勻的合金。
[0021]在本過(guò)程中可以包括一些附加的工藝步驟。在某些場(chǎng)合下，化合物的混合物優(yōu)選在混合步驟之后和化學(xué)還原之前被壓實(shí)。所得產(chǎn)物是密實(shí)的物體，在化學(xué)還原時(shí)產(chǎn)生一種海綿狀的金屬性材料。在化學(xué)還原步驟之后，金屬性合金被壓實(shí)以產(chǎn)生密實(shí)的金屬性制品，而不熔化該金屬性合金且不熔化該密實(shí)的金屬性制品。這一壓實(shí)可用化學(xué)還原產(chǎn)生的金屬性合金的任何物理形態(tài)進(jìn)行，但本發(fā)明方法特別有利地用于壓實(shí)預(yù)壓緊的海綿體。壓實(shí)優(yōu)選通過(guò)熱壓或熱等壓壓制、擠壓進(jìn)行，但在每種情形下都不熔化。合金元素的固態(tài)擴(kuò)散也可被用來(lái)實(shí)現(xiàn)壓實(shí)。
[0022]壓實(shí)的金屬性制品可以在壓實(shí)的狀態(tài)下使用。在合適的狀態(tài)下，它可用已知的成形方法如軋制、鍛造、擠壓等等成形為其他形狀。它還可用已知的工藝如機(jī)械加工、熱處理、表面涂覆等等進(jìn)行后處理。
[0023]本發(fā)明方法可用于從前體化合物制備制品，完全不熔化。結(jié)果，導(dǎo)致熱物理熔體不相容性的合金元素的特征，如高蒸氣壓導(dǎo)致的過(guò)度蒸發(fā)、過(guò)高或過(guò)低的熔點(diǎn)、過(guò)高或過(guò)低的密度、過(guò)度的化學(xué)活性、強(qiáng)烈的離析傾向，以及溶混間隙的存在，可能仍然存在但不能導(dǎo)致最終金屬性合金中的不均勻性或缺陷。本發(fā)明方法因此產(chǎn)生質(zhì)量?jī)?yōu)良的所需的合金組成，但沒有來(lái)自那些在其他場(chǎng)合會(huì)阻礙生成可接受的合金的熱物理熔體不相容性的干擾。
[0024]本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法的區(qū)別在于金屬在整體的規(guī)模上是不熔化的。熔化及其相關(guān)加工如鑄造是昂貴的而且還產(chǎn)生一些不需要的微觀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)或者是不可避免的，或者只有在附加了昂貴的加工調(diào)整后才可以改變。本發(fā)明方法降低成本且避免與熔化和鑄造相關(guān)的結(jié)構(gòu)和缺陷，以改善最終金屬性制品的機(jī)械性能。在一些情形下它還導(dǎo)致制造特殊形狀的能力的改善并使成形更容易，并且檢驗(yàn)這些制品更容易。關(guān)于特別的金屬性合金系，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了額外的好處，例如對(duì)于敏感的鈦合金減少a殼缺陷。
[0025]在本領(lǐng)域已知幾種類型的固態(tài)壓實(shí)方法。實(shí)例包括熱等壓壓制、和壓制加燒結(jié)、包套和擠壓、以及鍛造。然而，在所有的已知的例子中這些固態(tài)加工工藝都從預(yù)先已熔化的金屬性材料開始。本發(fā)明方法從非金屬性的前體化合物開始，將這些前體化合物還原成初始金屬性材料，并壓實(shí)該初始金屬性材料。沒有金屬性物體的熔化。
[0026]本發(fā)明方法的優(yōu)選形式還具有基于粉末形式的前體的優(yōu)點(diǎn)。從非金屬性前體化合物的粉末開始避免了具有與之相關(guān)的缺陷如非平衡的微觀和宏觀水平的元素離析的鑄造結(jié)構(gòu)、在許多應(yīng)用中具有必須用某種方法均勻化的一定范圍的晶粒尺寸和形態(tài)的鑄造微觀結(jié)構(gòu)、氣體夾雜和污染。本發(fā)明方法產(chǎn)生一種均一、晶粒細(xì)小、均勻、無(wú)孔洞、無(wú)氣孔、且低污染的最終產(chǎn)品。
[0027]初始金屬性材料的晶粒細(xì)小、無(wú)晶團(tuán)結(jié)構(gòu)為隨后的壓實(shí)和金屬加工工序如鍛造、熱等壓壓制、軋制和擠壓等提供了優(yōu)異的開始點(diǎn)。傳統(tǒng)的鑄造起始原料必須被加工以改性和減少晶團(tuán)結(jié)構(gòu)，而這一加工對(duì)本發(fā)明是不必要的。
[0028]本發(fā)明的另一重要優(yōu)點(diǎn)是與鑄造-鍛造產(chǎn)品相比改善的可檢驗(yàn)性。用于斷裂臨界用途的大件金屬性制品在制造加工的過(guò)程中和結(jié)束時(shí)要多次檢驗(yàn)。金屬如鈦合金制成的且用于關(guān)鍵用途如氣體渦輪機(jī)輪盤的鑄造-鍛造產(chǎn)品在超聲波檢驗(yàn)時(shí)顯示了高噪音水平，是由于在鑄造或鍛造冷卻時(shí)經(jīng)歷P到a的轉(zhuǎn)變過(guò)程中產(chǎn)生的晶團(tuán)結(jié)構(gòu)。在標(biāo)準(zhǔn)平底孔檢測(cè)過(guò)程中，晶團(tuán)結(jié)構(gòu)的存在及與之相關(guān)的噪音水平限制了檢驗(yàn)小缺陷到尺寸為約2 /64-3 / 64英寸量級(jí)缺陷的能力。
[0029]本發(fā)明方法生產(chǎn)的制品沒有晶團(tuán)結(jié)構(gòu)。結(jié)果，它們?cè)诔暡z驗(yàn)中顯示了顯著降低的噪音水平。因此，I / 64英寸或更小范圍的缺陷可被探測(cè)?？商綔y(cè)到的缺陷尺寸的減小容許制造和檢驗(yàn)更大的制品，因此允許采用更經(jīng)濟(jì)的制造方法和/或探測(cè)更小的缺陷。例如，由晶團(tuán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的可檢測(cè)能力的局限將一些用鈦合金制造的制品限制在加工中間階段的最大尺寸為直徑約10英寸。通過(guò)降低與檢驗(yàn)過(guò)程相關(guān)的噪音，可以加工和檢驗(yàn)更大直徑的中間階段制品。固此，例如，可以檢驗(yàn)16英寸直徑的中間階段鍛造并直接鍛造成最終零件，而不經(jīng)過(guò)中間加工步驟。加工步驟和成本都減少，而且對(duì)最終產(chǎn)品的檢驗(yàn)質(zhì)量的信心更大。
[0030]本發(fā)明特別有利地用于制造鈦基制品。目前始于其礦石的鈦的生產(chǎn)采用難于控制、危險(xiǎn)的反應(yīng)物和許多加工步驟，是昂貴、骯臟且對(duì)環(huán)境危險(xiǎn)的過(guò)程。本發(fā)明方法應(yīng)用單一還原步驟，使用相對(duì)良好的液相熔鹽或使用液態(tài)堿金屬。此外，用常規(guī)的方法制造的
鈦合金潛在地易于形成缺陷，如a殼，這在本發(fā)明方法中得到避免。通過(guò)本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)的最終產(chǎn)品的成本降低還使質(zhì)輕的鈦合金與其他便宜得多的材料如鋼相比在由成本決定的用途中在經(jīng)濟(jì)上更具競(jìng)爭(zhēng)力。
[0031]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)通過(guò)下面優(yōu)選實(shí)施方案的更詳細(xì)描述，并結(jié)合通過(guò)示例說(shuō)明本發(fā)明原理的附圖，將變得顯而易見。然而，本發(fā)明的范圍不局限于這一優(yōu)選實(shí)施方案。
[0032]附圖簡(jiǎn)述
[0033]圖1是根據(jù)本發(fā)明方法制備的一件金屬性制品的立體圖；
[0034]圖2是實(shí)施本發(fā)明的一種方法的方框流程圖；和
[0035]圖3是初始金屬性材料的海綿狀物體的立體圖。
[0036]發(fā)明詳述
[0037]本發(fā)明可被用來(lái)制造多種的金屬性制品20，如圖1中的氣體渦輪機(jī)壓縮葉片22。該壓縮葉片22包括一個(gè)翼剖面24，一個(gè)用于將該結(jié)構(gòu)連接到壓縮輪盤(未示出)的連接部分26，以及翼剖面24和連接部分26之間的一個(gè)平臺(tái)28。壓縮葉片22僅僅是可由本發(fā)明方法制造的制品20的類型的一個(gè)例子。一些其他的例子包括其他氣體渦輪機(jī)零件如風(fēng)扇葉片、風(fēng)扇輪盤、壓縮輪盤、葉輪機(jī)槳葉、葉輪機(jī)輪盤、軸承、葉片轉(zhuǎn)子(blisk)、箱體、和軸，汽車零件，生物醫(yī)學(xué)制品，和結(jié)構(gòu)構(gòu)件如飛機(jī)機(jī)身零件?？捎杀景l(fā)明方法制造的制品的類型沒有已知的局限。
[0038]圖2圖示了一個(gè)基體金屬和熱物理熔體不相容合金元素制品的優(yōu)選方法。該方法包括提供可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物，步驟40，并提供與基體金屬熱物理熔體不相容的合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物，步驟42。“非金屬性前體化合物”是最終形成金屬性制品20的金屬的非金屬性化合物。任何可操作的非金屬性前體化合物都可被使用。在固相還原中金屬的可還原氧化物是優(yōu)選的非金屬性前體化合物，但其他類型的非金屬性化合物如硫化物、碳化物、鹵化物和氮化物也是可行的。在氣相還原中金屬的可還原齒化物是優(yōu)選的非金屬性前體化合物。基體金屬是在合金中存在的重量百分?jǐn)?shù)比任何其他元素都大的金屬?；w金屬化合物以這樣的量存在:經(jīng)過(guò)如下描述的化學(xué)還原之后，在金屬性合金中存在的基體金屬比任何其他元素都多。在優(yōu)選的情形下，基體金屬是鈦，且基體金屬化合物是氧化鈦、TiO2 (對(duì)固相還原)或四氯化鈦(對(duì)氣相還原)。合金元素可以是任何能以前體化合物的可化學(xué)還原形式存在的元素。幾個(gè)示例性的例子為鎘、鋅、銀、鐵、鈷、鉻、秘、銅、鶴、鉭、鑰、招、銀、鎳、猛、鎂、鋰、鈹和稀土。
[0039]非金屬性前體化合物被選用以在最終金屬性制品中提供必要的金屬，并以合適的比例混合在一起以在金屬性制品中產(chǎn)生這些金屬的必要的比例。例如，如果最終制品應(yīng)具有鈦、鋁、釩的特定比例為90: 6: 4的重量比，非金屬性前體化合物對(duì)固相還原優(yōu)選為氧化鈦、氧化鋁和氧化釩，或?qū)庀噙€原為四氯化鈦、氯化鋁和氯化釩。還可以使用用作最終金屬性制品中的多于一種金屬的來(lái)源的非金屬性前體化合物。這些前體化合物被提供并以正確的比例混合在一起，以使前體化合物的混合物中的鈦:鋁:釩的比率是形成最終制品的金屬性合金所要求的(在例子中是90: 6: 4的重量比)。在這一例子中，最終金屬性制品是鈦基合金，其具有按重量計(jì)比任何其他元素都多的鈦。
[0040]基體金屬化合物和合金化化合物是精細(xì)分散的固體或氣體，其形態(tài)要保證它們?cè)陔S后的步驟中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。精細(xì)分散的基體金屬化合物和合金化化合物可以是例如粉末、顆粒、薄片或類似物。精細(xì)分散形態(tài)的優(yōu)選最大尺寸為約100微米，雖然為保證良好的反應(yīng)性最大尺寸優(yōu)選小于約10微米。本發(fā)明方法優(yōu)選，但不必須，與熱物理熔體不相容合金結(jié)合使用?！盁嵛锢砣垠w不相容性”以及相關(guān)術(shù)語(yǔ)是指，對(duì)優(yōu)選的鈦的情況，一種合金元素的任何特定的熱物理性能與基體金屬的差別足夠大而在熔化的最終產(chǎn)品中產(chǎn)生有害作用的基本概念。這些有害作用包括例如化學(xué)不均勻性(有害的微觀離析、宏觀離析如0斑點(diǎn)和源于氣化或不混溶的總體離析)、合金元素夾雜(例如來(lái)自諸如鎢、鉭、鑰和鈮等元素的高密度夾雜)等。熱物理性能對(duì)元素以及形成合金的元素的結(jié)合是固有的，而且一般是用平衡相圖、蒸氣壓和溫度曲線、密度作為晶體結(jié)構(gòu)和溫度的函數(shù)曲線以及類似的方法預(yù)計(jì)的。雖然合金系統(tǒng)僅可接近預(yù)測(cè)的平衡，這些預(yù)計(jì)參數(shù)可為認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)熱物理熔體不相容性的有害效應(yīng)的原因提供足夠的信息。然而，認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)這些由熱物理熔體不相容性導(dǎo)致的有害效應(yīng)的能力并未消除它們。本發(fā)明方法提供了一種通過(guò)在合金制備和加工過(guò)程中不進(jìn)行熔化而使有害效應(yīng)最小化并理想地避免它的方法。
[0041]因此，“熱物理熔體不相容”以及相關(guān)術(shù)語(yǔ)意指在待生產(chǎn)的合金中的一種或多種合金元素在穩(wěn)定的、可控方式的生產(chǎn)熔化操作中不與基體金屬形成混合良好的均勻的合金。在一些例子中，熱物理熔體不相容合金元素在任何組成水平上都不能容易地結(jié)合入合金，而在其他一些例子中合金元素可在低水平但不能在高水平被結(jié)合。例如，當(dāng)在低水平，一般最高約0.3重量％被引入時(shí)鐵不表現(xiàn)熱物理熔體不相容行為，且可以制備低鐵含量的均勻的含鐵鈦合金。然而，如果鐵被高水平地引入到鈦中，它趨向于在熔體中強(qiáng)烈地離析并因而表現(xiàn)出熱物理熔體不相容行為，因此只有在極困難的條件下才可制備出均勻的合金。在其它例子中，當(dāng)鎂在真空中被加入到鈦熔體中時(shí)，由于其低的蒸氣壓鎂立即開始蒸發(fā)，且因此熔化不能以穩(wěn)定的方式完成。由于與鈦的密度差，鎢趨于在鈦熔體中離析，使形成均勻的鈦鶴合金極為困難。
[0042]合金元素與鈦或其他基體元素的熱物理熔體不相容性可以是幾種類型中的任何一種，下面給出一些例子。
[0043]一種這樣的熱物理熔體不相容性在于蒸氣壓，如在熔化溫度合金元素具有的蒸發(fā)速率比鈦的大約100倍以上時(shí)，該熔化溫度優(yōu)選剛剛高于合金的液相線溫度。這樣的合金元素的例子包括鎘、鋅、鉍、鎂和銀。當(dāng)合金元素的蒸氣壓過(guò)高時(shí)，它將優(yōu)先蒸發(fā)，如當(dāng)按通常的熔化方法在真空下與鈦共熔時(shí)由蒸發(fā)速率值顯示的那樣。合金會(huì)形成，但在熔化過(guò)程中它不穩(wěn)定并不斷地?fù)p失合金元素，因而最終合金中的合金元素的百分含量難于控制。在本發(fā)明方法中，因?yàn)椴淮嬖谡婵杖刍?，合金元素的高熔化蒸氣壓關(guān)系不大。
[0044]另一種這樣的熱物理熔體不相容性發(fā)生在合金元素的熔點(diǎn)與鈦匹配起來(lái)太高或太低的時(shí)候，如當(dāng)合金元素的熔點(diǎn)與鈦的相差(或高于或低于)超過(guò)約400°C (720° F)時(shí)。這樣的元素的例子包括鎢、鉭、鑰、鎂和錫。如果合金元素的熔點(diǎn)太高，在通常的真空熔化實(shí)踐中使合金元素熔化并在鈦熔體中均勻化是困難的。這些合金元素的離析可能導(dǎo)致含有該元素的高密度夾雜物的形成，如鎢、鉭或鑰夾雜物。如果合金元素的熔點(diǎn)太低，它將很可能在熔化鈦所需的溫度具有過(guò)高的蒸氣壓。在本方法中，由于不存在真空熔化，過(guò)高或過(guò)低的熔點(diǎn)關(guān)系不大。
[0045]另一種這樣的熱物理熔體不相容性發(fā)生在合金元素的密度與鈦的差別如此之大以致該合金元素在熔體中物理分離時(shí)，如在合金元素與鈦的密度差大于約0.5克/厘米3時(shí)。這樣的合金元素的例子包括鎢、鉭、鑰、鈮和鋁。在通常的熔體實(shí)踐中，過(guò)高或過(guò)低的密度導(dǎo)致合金元素的重力驅(qū)動(dòng)離析。在本方法中，由于沒有熔化而不會(huì)有重力驅(qū)動(dòng)離析。
[0046]另一種這樣的熱物理熔體不相容性發(fā)生在合金元素與鈦在液相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)。這樣的合金元素的例子包括氧、氮、硅、硼和鈹。在通常的熔體實(shí)踐中，合金元素與鈦的化學(xué)反應(yīng)性導(dǎo)致包括鈦和合金元素的金屬中間化合物、和/或熔體中的有害相的形成，其在熔體凝固后被保留。這些相常常對(duì)最終合金的性能有不利的影響。在本方法中，由于金屬未被加熱到這些反應(yīng)發(fā)生的點(diǎn)，不形成該類化合物。
[0047]另一這樣的熱物理熔體不相容性發(fā)生在合金元素與鈦在液相有溶混間隙時(shí)。這樣的合金元素的例子包括稀土如鈰、釓、鑭和釹。在通常的熔體實(shí)踐中，溶混間隙導(dǎo)致熔體離析成由溶混間隙決定的組成。其結(jié)果是保留到最終凝固制品中的熔體的不均勻性。該不均勻性導(dǎo)致整個(gè)最終制品性能的差異。在本發(fā)明方法中，由于元素未被熔化，溶混間隙關(guān)系不大。
[0048]另一更復(fù)雜的熱物理熔體不相容性包括當(dāng)與鈦合金化時(shí)顯示大的液相線-固相線間隙的強(qiáng)P穩(wěn)定化元素。一些此種元素，如鐵、鈷和鉻，典型地與鈦顯示共晶(或近共晶)相反應(yīng)，并且還通常顯示3相轉(zhuǎn)變成a相和一種化合物的固態(tài)共析分解。其他此種元素，如鉍和銅，通常與鈦顯示包晶相反應(yīng)從液相中產(chǎn)生3相，并且類似地通常顯示3相轉(zhuǎn)變成a相和一種化合物的固態(tài)共析分解。從熔體凝固過(guò)程中，這類元素在達(dá)到合金均勻化方面存在極大困難。這一結(jié)果不僅是由于通常的凝固分配導(dǎo)致微觀離析，而且是因?yàn)橐阎刍^(guò)程微擾會(huì)導(dǎo)致富含P穩(wěn)定化元素的液體在凝固過(guò)程中的分離，造成通常稱為P斑點(diǎn)的宏觀離析區(qū)。
[0049]另一熱物理熔體不相容性包括諸如堿金屬和堿土金屬這些在鈦合金中具有極其有限的溶解度的元素。例子包括鋰和鈣。這些元素的細(xì)小分散的分散體，如在a鈦中的3鈣，用熔化方法不容易實(shí)現(xiàn)。[0050]這些和其他類型的熱物理熔體不相容性導(dǎo)致在傳統(tǒng)的真空熔化生產(chǎn)中難于或不可能形成可接受的這些元素的合金。在本發(fā)明的不熔化方法中，它們的不利影響得到避免。
[0051]基體金屬化合物和合金化化合物被混合以形成一種一致、均勻的化合物的混合物，步驟44。該混合對(duì)固相還原通過(guò)在其他應(yīng)用中用來(lái)混合粉末的常規(guī)方法進(jìn)行，或?qū)庀噙€原通過(guò)混合蒸氣進(jìn)行。
[0052]任選地，對(duì)固態(tài)前體化合物粉末的固相還原，該化合物的混合物被壓實(shí)以制備預(yù)制塊，步驟46。這一壓實(shí)通過(guò)對(duì)精細(xì)分散的化合物的冷壓或熱壓進(jìn)行，但不在高達(dá)使化合物發(fā)生任何熔化的溫度進(jìn)行。壓實(shí)的形體可在固態(tài)被燒結(jié)，以使顆粒臨時(shí)粘結(jié)在一起。理想地壓實(shí)的形狀與最終制品的形狀相似，但其尺寸比最終制品的大。
[0053]非金屬性前體化合物的混合物隨后通過(guò)任何可行的工藝被化學(xué)還原，以產(chǎn)生初始金屬型材料，而不熔化該初始金屬性材料，步驟48。這里所用的“非熔化”，“不熔化”，及其相關(guān)概念是指該材料未被宏觀或整體熔化，以致其液化并失去其形狀?？赡艽嬖诶缟倭康木植咳刍?，因?yàn)榈腿埸c(diǎn)元素熔化且與不熔化的高熔點(diǎn)元素分散地合金化。即使在這種情況下，材料的整體形狀保持不變。
[0054]在一種由于非金屬性前體化合物以固態(tài)提供而被稱為固相還原的方法中，化學(xué)還原可通過(guò)熔鹽電解進(jìn)行。熔鹽電解是一種已知技術(shù)，描述在如已出版的專利申請(qǐng)W099 /64638中，其公開被整體引入作為參考。簡(jiǎn)而言之，在熔鹽電解中，非金屬性前體化合物的混合物被浸入一個(gè)熔鹽電解質(zhì)如氯化鹽的電解槽中，其溫度低于形成非金屬性前體化合物的金屬的熔點(diǎn)。非金屬性前體化合物的混合物被制成具有惰性陽(yáng)極的電解槽的陰極。在非金屬性前體化合物中與金屬結(jié)合的元素，如氧化物非金屬性前體化合物的優(yōu)選情況中的氧，通過(guò)化學(xué)還原(即化學(xué)氧化的逆過(guò)程)被從該混合物中除去。該反應(yīng)在較高的溫度下進(jìn)行以加速氧或其他氣體從陰極中擴(kuò)散出去?？刂脐帢O電位以保證將會(huì)發(fā)生非金屬性前體化合物的還原，而不是其他可能的化學(xué)反應(yīng)如熔鹽的分解。該電解質(zhì)是鹽，優(yōu)選是比正被精煉的金屬的等價(jià)鹽更穩(wěn)定的鹽，并且理想地非常穩(wěn)定以將氧或其他氣體去除到低水平。鋇、鈣、銫、鋰、鍶和釔的氯化物及其氯化物的混合物是優(yōu)選的。化學(xué)還原可以進(jìn)行至完全，以使非金屬性前體化合物全部被還原?；瘜W(xué)還原可以被部分替換，以使一些非金屬性前體化合物保留下來(lái)。
[0055]在另一種由于非金屬性前體化合物被以汽相或氣相提供而被稱為氣相還原的方法中，化學(xué)還原可通過(guò)用液態(tài)堿金屬或液態(tài)堿土金屬還原基體金屬和合金元素的齒化物的混合物進(jìn)行。例如，以氣態(tài)提供四氯化鈦和合金元素的氯化物。這些氣體的混合物以合適的量與鈉的熔體接觸，以使金屬鹵化物被還原到金屬態(tài)。該金屬性合金被與鈉分離。這一還原在低于該金屬性合金的熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。該方法在美國(guó)專利5779761和5958106中被更全面地描述，其公開在這里被引入作為參考。
[0056]步驟48完成時(shí)初始金屬性材料的物理形態(tài)依賴于步驟48開始時(shí)的非金屬性前體化合物的混合物的物理形態(tài)。如果非金屬性前體化合物的混合物是自由流動(dòng)的、精細(xì)分散的微粒、粉末、顆粒、碎片等等，那么初始金屬性材料也是同樣形態(tài)，但尺寸較小并且一般在某種程度上是多孔的。如果非金屬前體化合物的混合物是精細(xì)分散的微粒、粉末、顆粒、碎片等的壓實(shí)體，那么初始金屬性材料的最終物理形態(tài)典型地是某種多孔金屬海綿體60的形式，如圖3所示。金屬海綿體的外部尺寸比非金屬性前體化合物的壓實(shí)體的小，這是由于在還原步驟48中除去了氧和/或其他被結(jié)合的元素。如果非金屬性前體化合物的混合物為蒸汽，那么初始金屬性材料的最終物理形態(tài)典型地為可被進(jìn)一步處理的細(xì)粉末。
[0057]初始金屬性材料的化學(xué)組成由步驟40和42提供的非金屬性前體化合物的混合物中的金屬的類型和量決定。金屬元素的相對(duì)比例取決于其在步驟44的混合物中各自的比例(不是化合物各自的比例，而是金屬元素各自的比例)。在一個(gè)令人感興趣的情況下，初始金屬性合金具有多于任何其他元素的鈦，產(chǎn)生鈦基初始金屬性合金。
[0058]初始金屬性合金處于一種在結(jié)構(gòu)上對(duì)大多數(shù)應(yīng)用都不可用的狀態(tài)。因此，優(yōu)選地，該初始金屬性合金隨后被壓實(shí)以產(chǎn)生密實(shí)的金屬制品，而不熔化該初始金屬性合金且不熔化該壓實(shí)的金屬制品，步驟50。壓實(shí)從初始金屬性合金中除去了孔隙，理想地將其相對(duì)密度增至或接近100%?？梢允褂萌魏慰刹僮鞯膲簩?shí)類型。優(yōu)選地，壓實(shí)步驟50通過(guò)在合適的溫度和壓力條件下對(duì)初始金屬性合金熱等壓壓制來(lái)進(jìn)行，但要在低于該初始金屬性合金和壓實(shí)的金屬制品的熔點(diǎn)的溫度以下進(jìn)行(其熔點(diǎn)典型地相同或很相近)。也可使用加壓、固態(tài)燒結(jié)和裝罐擠壓等，特別地當(dāng)初始金屬性合金處于粉末形態(tài)時(shí)。壓實(shí)減小了初始金屬性合金塊的外部尺寸，但對(duì)于特定的組成這一尺寸減小是可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)知的。壓實(shí)過(guò)程50還可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)該金屬制品的進(jìn)-步合金化。例如，在熱等壓壓制中使用的罐可能未被排空而有殘留的氧含量。在熱等壓壓制的加熱過(guò)程中，殘留的氧擴(kuò)散進(jìn)入鈦合金并與之合金化。壓實(shí)的金屬制品，如圖1中所示的那樣，可以在其壓實(shí)的狀態(tài)下使用。與此不同，在合適的場(chǎng)合，壓實(shí)的金屬制品可任選地進(jìn)行后處理，步驟52。后處理可包括用任何可操作的金屬成形方法成形，如通過(guò)鍛造、擠壓、軋制等等。一些金屬成分能服從于這樣的成形操作，而其他的不能。壓實(shí)的金屬制品還可以(或代替地任選)在步驟52中通過(guò)其他傳統(tǒng)的金屬加工技術(shù)進(jìn)行后處理。這樣的后處理可以包括例如熱處理、表面涂覆、機(jī)械加工等等。
[0059]該金屬材料從未被加熱到其熔點(diǎn)以上。此外，它可被保持在本身處于熔點(diǎn)之下的特定溫度以下。例如，當(dāng)鈦合金被加熱到0轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)會(huì)生成P相。當(dāng)合金被冷卻到低于P轉(zhuǎn)變溫度時(shí)P相會(huì)轉(zhuǎn)變成a相。對(duì)于一些應(yīng)用，希望金屬性合金不被加熱到高于P轉(zhuǎn)變溫度的溫度。此時(shí)應(yīng)注意在加工過(guò)程中的任何時(shí)刻都不能使該合金海綿體或其他金屬形式被加熱到其P轉(zhuǎn)變溫度以上。結(jié)果得到一種顯微結(jié)構(gòu)精細(xì)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不含a相晶團(tuán)且可能比粗大的顯微結(jié)構(gòu)更易于被制成超塑性。由于來(lái)自這一處理的細(xì)小顆粒尺寸，在最終制品中達(dá)到細(xì)小的結(jié)構(gòu)需要的工作更少，導(dǎo)致了一種低成本的產(chǎn)品。由于該材料的低流變應(yīng)力，隨后的生產(chǎn)操作被簡(jiǎn)化，因此可以使用更小、成本更低的鍛造機(jī)和其他金屬加工機(jī)械，且對(duì)機(jī)械的磨損更小。
[0060]在其他場(chǎng)合如某些飛機(jī)機(jī)身組件和結(jié)構(gòu)件，需要將合金加熱到P轉(zhuǎn)變以上進(jìn)入^相區(qū)，以便3相生成且提高最終制品的韌性。在這種情況下，該金屬性合金可在加工過(guò)程中被加熱到P轉(zhuǎn)變溫度之上的溫度，但在任何情況下不能高于該合金的熔點(diǎn)。當(dāng)被加熱到@轉(zhuǎn)變溫度以上的制品重新被冷卻到P轉(zhuǎn)變溫度以下的溫度時(shí)，會(huì)生成一種能夠阻礙制品的超聲波檢驗(yàn)的精細(xì)晶團(tuán)結(jié)構(gòu)。在該情形下，制品可能需要在低溫下制造且進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，而不曾將其加熱到P轉(zhuǎn)變溫度之上的溫度，以使其處于不含晶團(tuán)的狀態(tài)。在完成了超聲波檢驗(yàn)以證明該制品無(wú)缺陷之后，然后可將其在P轉(zhuǎn)變溫度之上的溫度進(jìn)行熱處理并冷卻。最終制品的可檢驗(yàn)性不如未曾被加熱到P轉(zhuǎn)變溫度之上的制品，但無(wú)缺陷的狀態(tài)已經(jīng)確立。[0061]制品的微結(jié)構(gòu)類型、形態(tài)、和尺度取決于初始材料和加工。當(dāng)應(yīng)用固態(tài)還原技術(shù)時(shí)，由本發(fā)明方法生產(chǎn)的制品的晶粒一般對(duì)應(yīng)于初始材料的粉末顆粒的形貌和尺寸。因此，5微米的前體粒度產(chǎn)生約5微米量級(jí)的最終晶粒尺寸。對(duì)多數(shù)的應(yīng)用優(yōu)選晶粒尺寸小于約10微米，雖然該晶粒尺寸可以大至100微米或更大。如前面討論過(guò)的，本方法避免了源于已轉(zhuǎn)變的粗大P晶粒的粗大的a晶團(tuán)結(jié)構(gòu)，該粗大P晶粒在傳統(tǒng)的以熔化為基礎(chǔ)的加工中產(chǎn)生在熔體冷卻進(jìn)入相圖的P相區(qū)之時(shí)。在本發(fā)明方法中，金屬?gòu)牟槐蝗刍娜垠w冷卻進(jìn)入P相區(qū)，所以粗大的P晶粒從不會(huì)出現(xiàn)。如上所述，P晶?？稍陔S后的加工過(guò)程中產(chǎn)生，但它們是在比熔點(diǎn)低的溫度下產(chǎn)生的，并因此比由傳統(tǒng)實(shí)踐中的熔體冷卻得到的3晶粒細(xì)小得多。在傳統(tǒng)的基于熔體的實(shí)踐中，設(shè)計(jì)了旨在破碎和球化與晶團(tuán)結(jié)構(gòu)相關(guān)的粗大a結(jié)構(gòu)的后續(xù)金屬加工工藝。由于產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)細(xì)小且不含a片，本發(fā)明方法中不需要這樣的工藝。
[0062]本發(fā)明方法將非金屬性前體化合物的混合物加工成最終金屬形態(tài)，而不使該最終金屬形態(tài)的金屬曾經(jīng)被加熱到其熔點(diǎn)之上。因此，該方法避免了與熔化操作相關(guān)的成本，如在鈦基合金的情形下的受控氣氛或真空爐的成本。未發(fā)現(xiàn)與熔化相關(guān)的顯微結(jié)構(gòu)，典型地為大晶粒結(jié)構(gòu)、鑄造缺陷和晶團(tuán)結(jié)構(gòu)。沒有這樣的缺陷，制品在重量上可更輕。在敏感的鈦基合金的情形下，由于還原環(huán)境形成a殼的發(fā)生率也降低或被避免。機(jī)械性能如靜態(tài)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度也被提高。
[0063]本發(fā)明方法將非金屬性前體化合物的混合物加工成最終金屬形態(tài)，而不使該最終金屬形態(tài)的金屬曾經(jīng)被加熱到其熔點(diǎn)之上。因此，該方法避免了與熔化操作相關(guān)的成本，如在鈦基合金的情形下的受控氣氛或真空爐的成本。未發(fā)現(xiàn)與熔化相關(guān)的顯微結(jié)構(gòu)，典型地為大晶粒結(jié)構(gòu)和鑄造缺陷。沒有這樣的缺陷，制品在重量上可更輕，因?yàn)橐胗糜谘a(bǔ)償該缺陷的額外材料可被取消。用上面討論的更好的可檢驗(yàn)性實(shí)現(xiàn)的對(duì)制品無(wú)缺陷狀態(tài)的更大確信性，也導(dǎo)致否則必須存在的額外材料的減少。在敏感的鈦基合金的情形下，由于還原環(huán)境形成a殼的發(fā)生率也降低或被避免。
[0064]雖然為說(shuō)明目的詳細(xì)地描述了本發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)施例，但可以進(jìn)行各種修改和改進(jìn)，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，除了所附的權(quán)利要求，本發(fā)明不受限制。
【權(quán)利要求】
1.一種制備用合金元素合金化的基體金屬制品的方法，包括以下步驟: 提供鈦基體金屬的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物； 提供合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物；隨后 混合基體金屬前體化合物和合金元素前體化合物以形成一種化合物的混合物，然后將該化合物的混合物化學(xué)還原成金屬性合金，而不熔化該金屬性合金，且不在該金屬性合金的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀；并隨后 壓實(shí)該金屬性合金以產(chǎn)生密實(shí)的金屬制品，而不熔化該金屬性合金且不熔化該密實(shí)的金屬制品，且不在該密實(shí)的金屬制品的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀。
2.權(quán)利要求1的方法，其中提供可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供處于精細(xì)分散固態(tài)的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物，和 其中提供可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供處于精細(xì)分散固態(tài)的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中提供可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供處于氣態(tài)的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物，和 其中提供可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供處于氣態(tài)的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物。
4.權(quán)利要求1的方法，其中提供可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供可化學(xué)還原的基體金屬氧化物。
5.權(quán)利要求1的方法，其中提供可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供該合金元素的合金元素前體化合物，其中該合金元素與該基體金屬熱物理熔體不相容。
6.權(quán)利要求1的方法，其中提供合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供可化學(xué)還原的合金元素氧化物。
7.權(quán)利要求1的方法，其中的化學(xué)還原步驟包括以下步驟: 用固相還原方法化學(xué)還原該化合物的混合物。
8.權(quán)利要求1的方法，其中的化學(xué)還原步驟包括以下步驟: 用熔鹽電解方法化學(xué)還原該化合物的混合物。
9.權(quán)利要求1的方法，其中的化學(xué)還原步驟包括以下步驟: 用氣相還原方法化學(xué)還原該化合物的混合物。
10.權(quán)利要求1的方法，其中的化學(xué)還原步驟包括以下步驟: 通過(guò)將該化合物的混合物與選自液態(tài)堿金屬和液態(tài)堿土金屬的液體接觸來(lái)化學(xué)還原該化合物的混合物。
11.一種制備由用合金元素合金化的鈦制成的制品的方法，包括以下步驟: 提供鈦基體金屬的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物； 提供一種合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物，其中該合金元素與鈦基體金屬熱物理熔體不相容；然后 混合該基體金屬前體化合物和合金元素前體化合物以形成一種化合物的混合物；然后 化學(xué)還原該化合物的混合物以產(chǎn)生一種金屬性合金，而不熔化該金屬性合金，且不在該金屬性合金的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀；并隨后 壓實(shí)該金屬性合金以產(chǎn)生密實(shí)的金屬制品，而不熔化該金屬性合金且不熔化該密實(shí)的金屬制品，且不在該密實(shí)的金屬制品的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀。
12.權(quán)利要求11的方法，其中提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物，其中該合金元素在熔化溫度下具有的蒸發(fā)速率為鈦的約100倍以上。
13.權(quán)利要求11的方法，其中提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物，其中該合金元素具有與鈦的熔點(diǎn)相差約400°C以上的熔點(diǎn)。
14.權(quán)利要求11的方法，其中提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物，其中該合金元素具有與鈦的密度相差約0.5克/厘米3以上的密度。
15.權(quán)利要求11的方法，其中提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物，其中該合金元素在液相與鈦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以形成包含鈦和該合金元素的化學(xué)化合物。
16.權(quán)利要求11的方法，其中提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物的步驟包括以下步驟: 提供該合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物，其中該合金元素在液相與鈦存在溶混間隙。
17.權(quán)利要求11的方法，在混合步驟之后和化學(xué)還原步驟之前，包括一個(gè)附加步驟: 壓實(shí)該化合物的混合物。
18.權(quán)利要求11的方法，其中的化學(xué)還原步驟包括以下步驟: 化學(xué)還原該化合物的混合物以形成處于海綿體狀態(tài)的金屬性合金。
19.權(quán)利要求11的方法，在混合步驟之前包括一個(gè)附加步驟: 提供一種合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素相容前體化合物，其中該合金元素不與鈦基體金屬熱物理熔體不相容，并且 其中的混合步驟包括以下步驟:混合該基體金屬前體化合物、該合金兀素前體化合物和該合金兀素相容前體化合物以形成化合物的混合物。
20.一種制備用合金元素合金化的基體金屬制品的方法，包括以下步驟: 提供鋁基體金屬的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物； 提供一種合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物；然后混合該基體金屬前體化合物和合金元素前體化合物以形成一種化合物的混合物；然后化學(xué)還原該化合物的混合物以產(chǎn)生一種金屬性合金，而不熔化該金屬性合金，且不在該金屬性合金的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀；并隨后 壓實(shí)該金屬性合金以產(chǎn)生密實(shí)的金屬制品，而不熔化該金屬性合金且不熔化該密實(shí)的金屬制品，且不在該密實(shí)的金屬制品的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀。
21.一種制備用合金元素合金化的基體金屬制品的方法，包括以下步驟: 提供鎳基體金屬的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物； 提供一種合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物；然后混合該基體金屬前體化合物和合金元素前體化合物以形成一種化合物的混合物；然后化學(xué)還原該化合物的混合物以產(chǎn)生一種金屬性合金，而不熔化該金屬性合金，且不在該金屬性合金的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀；并隨后 壓實(shí)該金屬性合金以產(chǎn)生密實(shí)的金屬制品，而不熔化該金屬性合金且不熔化該密實(shí)的金屬制品，且不在該密實(shí)的金 屬制品的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀。
22.—種制備用合金元素合金化的基體金屬制品的方法，包括以下步驟: 提供鎂基體金屬的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物； 提供一種合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物；然后混合該基體金屬前體化合物和合金元素前體化合物以形成一種化合物的混合物；然后化學(xué)還原該化合物的混合物以產(chǎn)生一種金屬性合金，而不熔化該金屬性合金，且不在該金屬性合金的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得 其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀；并隨后 壓實(shí)該金屬性合金以產(chǎn)生密實(shí)的金屬制品，而不熔化該金屬性合金且不熔化該密實(shí)的金屬制品，且不在該密實(shí)的金屬制品的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀。
23.一種制備用合金元素合金化的基體金屬制品的方法，包括以下步驟: 提供鐵基體金屬的可化學(xué)還原的非金屬性基體金屬前體化合物； 提供一種合金元素的可化學(xué)還原的非金屬性合金元素前體化合物；然后混合該基體金屬前體化合 物和合金元素前體化合物以形成一種化合物的混合物；然后通過(guò)氣相還原方法化學(xué)還原該化合物的混合物以產(chǎn)生一種金屬性合金，而不熔化該金屬性合金，且不在該金屬性合金的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀；并隨后壓實(shí)該金屬性合金以產(chǎn)生密實(shí)的金屬制品，而不熔化該金屬性合金且不熔化該密實(shí)的金屬制品，且不在該密實(shí)的金屬制品的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱，使得其未被宏觀或整體熔化以致其液化并失去其形狀。
【文檔編號(hào)】B22F9/18GK103801687SQ201410028127
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2002年6月14日
【發(fā)明者】A.P.伍德菲爾德, C.E.香布倫, E.A.奧特 申請(qǐng)人:通用電氣公司