本發(fā)明涉及一種鈦合金材料及其制備方法，尤其涉及一種高鈮鈦鋁合金及其制備方法，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鈦鋁合金密度低、高溫強(qiáng)度高、剛度和彈性模量大及較好的抗氧化性、抗蠕變性和抗疲勞性能等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天及汽車領(lǐng)域是一種極具競爭力的高溫結(jié)構(gòu)材料，通過科學(xué)家不斷實(shí)驗(yàn)證明，鈦鋁合金中加入鈮是提高合金高溫性能最有效的方法，高鈮TiAl金屬間化合物經(jīng)過近年來的研究，在相圖、抗氧化性和組織與性能等方面的研究取得了一系列重要的進(jìn)展，其優(yōu)異的高溫性能而受到廣泛的關(guān)注。

高含量難熔金屬鈮元素的加入使合金的熔點(diǎn)較普通鈦鋁合金提高約60～100℃，鈮元素的固溶強(qiáng)化，使其900℃的屈服強(qiáng)度較普通鈦鋁合金高150～200Mpa，高熔點(diǎn)鈮的加入同時(shí)降低了擴(kuò)散系數(shù)，改善了抗氧化性，是最具有應(yīng)用潛力的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料。

但是高鈮的加入帶來優(yōu)越的高溫性能的同時(shí)，也增加了合金的制備的難度，因?yàn)楹辖鹑埸c(diǎn)、高溫強(qiáng)度大幅度提高必然要提高合金的熔煉溫度和熱加工溫度，高鈮鈦鋁基合金作為新一代高溫結(jié)構(gòu)材料的研究開發(fā)目前尚處于起步階段。

目前普通鈦鋁基合金的制備工藝主要鑄錠冶金工藝，CN 1958817A公開了一種以元素粉末和合金粉末為原料，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)合成制備高鈮鈦鋁合金，其合金粉末的成分為：Al含量為45％～46％，Nb含量為8％～10％，C含量為0～0.2％，W含量為0～0.2％，余量為Ti；該方法能實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié)制備高鈮鈦鋁合金，但該方法需要在軸向加高壓，并且要在真空條件或惰性條件下進(jìn)行，成本相對較高。

《GB/T 3620.1-2007鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》公開了現(xiàn)有鈦合金的種類及各鈦合金中的化學(xué)成分，其中鈮鈦鋁合金Ti-6Al-7Nb，Al含量5.5～6.5，Nb含量6.5～7.5，其它元素含量0.40，余量為Ti，鈦的含量較高，因而合金的密度也較高。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)及專利未見采用電鋁熱還原法制備高鈮鈦鋁合金的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種高鈮鈦鋁合金材料，該高鈮鈦鋁合金密度低，成本低。

為解決第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：高鈮鈦鋁合金材料，所述高鈮鈦鋁合金材料含有：55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al和5～15重量份的Nb。

進(jìn)一步地，所述高鈮鈦鋁合金材料由55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al、5～15重量份的Nb、1.5～1.8重量份的氧和0.8～1.2重量份的其它雜質(zhì)組成。

本發(fā)明要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種上述高鈮鈦鋁合金材料的制備方法，該方法工藝簡單，合成成本低。

為解決第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：高鈮鈦鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟：

a.配料：取鈦白粉27.3～30重量份、鋁粉24.6～30.3重量份、氧化鈣23.5～28.5重量

份、氟化鈣14.3～20重量份，五氧化二鈮3～8重量份；

b.混勻：將a步驟配好的料混合均勻；

c.焙燒：將b步驟混勻的原料焙燒，焙燒溫度1450～1600℃，焙燒時(shí)間10～40min；

d.冷卻：將c步驟焙燒后的原料冷卻，實(shí)現(xiàn)高鈮鈦鋁合金和熔渣的有效分離。

優(yōu)選地，b步驟采用球磨機(jī)混合均勻。

優(yōu)選地，c步驟在馬弗爐中進(jìn)行焙燒。

優(yōu)選地，d步驟在空氣氣氛下自然冷卻。

進(jìn)一步地，b步驟采用球磨機(jī)混合均勻的球磨時(shí)間20～60min。

優(yōu)選地，c步驟焙燒溫度1500℃-1600℃。

優(yōu)選地，c步驟焙燒時(shí)間10～30min。

進(jìn)一步地，鈦的收率90％以上，鈮的收率95％以上，合金收率80％以上。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的高鈮鈦鋁合金材料鋁的含量高，鈦的含量低，合金的密度較低，原料成本低，應(yīng)用于航空領(lǐng)域更節(jié)能。

本發(fā)明的高鈮鈦鋁合金材料的制備方法，以鈦的氧化物、鈮的氧化物為原料，電鋁熱一步還原合成制備高鈮鈦鋁合金，可以降低生產(chǎn)成本、縮短工藝流程，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義，目前還未見相關(guān)領(lǐng)域的報(bào)道，具有較大的創(chuàng)新性。此外，本發(fā)明可在空氣中冷卻，不需要真空或惰性氣體保護(hù)，冷卻后熔渣與合金易分離，制得的合金的雜質(zhì)含量低。

相對于傳統(tǒng)制備高鈮鈦鋁合金材料的方法，該方法具有成本低、工藝和設(shè)備要求簡單、原料來源廣的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為高鈮鈦鋁合金材料制備方法的流程圖；

圖2高鈮鈦鋁合金材料樣品圖。

具體實(shí)施方式

1、高鈮鈦鋁合金材料，所述高鈮鈦鋁合金材料含有：55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al和5～15重量份的Nb。

進(jìn)一步地，所述高鈮鈦鋁合金材料由55～63.2重量份的Ti、26.8～40重量份的Al、5～15重量份的Nb、1.5～1.8重量份的氧和0.8～1.2重量份的其它雜質(zhì)組成。

2、高鈮鈦鋁合金材料的制備方法，如圖1本發(fā)明高鈮鈦鋁合金材料制備方法的流程圖所示，包括如下步驟：

a.配料：取鈦白粉27.3～30重量份、鋁粉24.6～30.3重量份、氧化鈣23.5～28.5重量份、氟化鈣14.3～20重量份，五氧化二鈮3～8重量份；

b.混勻：將a步驟配好的料混合均勻；

c.焙燒：將b步驟混勻的原料焙燒，焙燒溫度1450～1600℃，焙燒時(shí)間10～40min；

d.冷卻：將c步驟焙燒后的原料冷卻，實(shí)現(xiàn)高鈮鈦鋁合金和熔渣的有效分離。

如圖2本發(fā)明制備的高鈮鈦鋁合金材料樣品圖所示，d步驟冷卻后，渣在高鈮鈦鋁合金表面，且顏色與高鈮鈦鋁合金不同，能夠容易的將渣和高鈮鈦鋁合金分開，制得的合金的雜質(zhì)含量低，渣的成分主要為CaO-Al₂O₃-CaF₂。

為保證原料粉末的充分混勻，優(yōu)選地，b步驟采用球磨機(jī)混合均勻，球磨機(jī)能在混勻原料的同時(shí)，還將原料進(jìn)一步磨碎。

為更好的控制焙燒溫度，優(yōu)選地，c步驟在馬弗爐中進(jìn)行焙燒，也可選用其它能控制溫度的焙燒爐。

采用本發(fā)明的方法制備高鈮鈦鋁合金材料，金屬團(tuán)會聚集在一起，形成塊狀，被熔渣包裹，可以起到隔絕空氣的作用，因而d步驟可在空氣氣氛下自然冷卻就能實(shí)現(xiàn)渣和高鈮鈦鋁合金的分離，節(jié)約成本，也可根據(jù)生產(chǎn)需要選擇其它冷卻方式。

進(jìn)一步地，b步驟采用球磨機(jī)混合均勻的球磨時(shí)間20～60min。

優(yōu)選地，c步驟焙燒溫度1500℃-1600℃。

優(yōu)選地，c步驟焙燒時(shí)間10～30min。

進(jìn)一步地，鈦的收率90％以上，鈮的收率95％以上，合金收率80％以上。

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

實(shí)施例1

稱取鈦白粉27.3重量份，鋁粉24.5重量份，CaO 23.5重量份，CaF₂ 14.2重量份，Nb₂O₅5.5重量份。將上述原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行混料球磨20min?；炝虾蟮玫降臉悠贩湃腭R弗爐內(nèi)1560℃進(jìn)行焙燒，焙燒時(shí)間為20min。焙燒后的得到的合金材料在空氣氣氛下自然冷卻，得到高鈮鈦鋁合金和渣。

測量得到的高鈮鈦鋁合金材料的主要化學(xué)成分為：56.5重量份Ti、27.2重量份Al、13.5重量份Nb、1.5重量份O、其他0.8重量份；計(jì)算鈦收率為94％，鈮收率96％，合金收率為80％。

實(shí)施例2

稱取鈦白粉30.0重量份，鋁粉24.5重量份，CaO 28.5重量份，CaF₂ 14.2重量份，Nb₂O₅3.0重量份。將上述原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行混料球磨1h。將混合好的原料加入剛玉坩堝內(nèi)，然后混料后得到的樣品放入馬弗爐內(nèi)1500℃進(jìn)行焙燒，焙燒時(shí)間為30min。焙燒后的得到的合金材料在空氣氣氛下自然冷卻，得到高鈮鈦鋁合金和渣。

測量得到的高鈮鈦鋁合金材料的主要化學(xué)成分為：62.5重量份Ti、31.25重量份Al、6.25重量份Nb、1.8重量份O、其他1.2重量份；計(jì)算鈦收率為90％，鈮收率97％，合金收率為82％。

實(shí)施例3

稱取鈦白粉27.3重量份，鋁粉27重量份，CaO 26.5重量份，CaF₂ 20重量份，Nb₂O₅ 8重量份。將上述原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行混料球磨20min?；炝虾蟮玫降臉悠贩湃腭R弗爐內(nèi)1450℃進(jìn)行焙燒，焙燒時(shí)間為40min。焙燒后的得到的合金材料在空氣氣氛下自然冷卻，得到高鈮鈦鋁合金和渣。

測量得到的高鈮鈦鋁合金材料的主要化學(xué)成分為：57.2重量份Ti、35.3重量份Al、5.5重量份Nb、1.5重量份O、其他1.1重量份；計(jì)算鈦收率為93％，鈮收率97％，合金收率為81％。

實(shí)施例4

稱取鈦白粉27.3重量份，鋁粉30重量份，CaO 24.5重量份，CaF₂ 17重量份，Nb₂O₅ 8重量份。將上述原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行混料球磨20min?；炝虾蟮玫降臉悠贩湃腭R弗爐內(nèi)1600℃進(jìn)行焙燒，焙燒時(shí)間為10min。焙燒后的得到的合金材料在空氣氣氛下自然冷卻，得到高鈮鈦鋁合金和渣。

測量得到的高鈮鈦鋁合金材料的主要化學(xué)成分為：55.2重量份Ti、35.2重量份Al、15重量份Nb、0.8重量份O、其他1.2重量份；計(jì)算鈦收率為96％，鈮收率95％，合金收率為83％。