一种钛钽合金板材的制备方法与流程

本发明属于难熔金属制备加工，具体涉及一种钛钽合金板材的制备方法。

背景技术：

1、钛钽合金具备高强度、低弹性模量、疲劳性能好、良好的生物相容性，可以通过成分调整获得与人骨密度接近的植入材料，是理想的生物医用植入材料，在提倡大健康理念下的应用前景广泛。钛钽合金因为钽元素存在从而提高了酸介质中氧化膜稳定性及耐腐蚀性，比高纯超低碳奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能更优异，所以还可以作为核工业结构部件材料，比如核乏燃料后处理溶解设备材料。另外，钛钽合金还可以作为形状记忆合金材料，钛钽合金丝还可以作为吸气材料应用于某些电真空器件中。

2、钛钽合金通常由纯钛粉或海绵钛与纯钽粉或钽片经过电弧熔炼制备，一般经过1700℃以上高温熔炼，要反复重熔多次使其成分均匀化，由于钛与钽的密度、熔点相差较大，熔炼法难以获得组织成分均匀的钛钽合金，从而导致其力学性能较差。

3、此外，除了上述电弧熔炼方法外，等离子体炬熔炼方法同样存在成分均匀性差的问题。例如：美国专利us6027585a中所制备钛钽合金方法为混合纯钛粉与纯钽粉，在高压下利用等离子体炬熔炼混合粉末，制备出钛钽合金铸锭，这种方法制备的材料局部成分均匀性较好，但整体均匀性存在一定波动。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钛钽合金板材的制备方法。本发明制备得到的钛钽合金板材成分均匀，力学性能优异。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种钛钽合金板材的制备方法，包括以下步骤：

4、对应目标钛钽合金板材中ti和ta的比例，将钛粉和钽粉进行混合，得到混合粉料；

5、将所述混合粉料进行压制，得到粉坯；

6、将所述粉坯进行热等静压，得到致密坯；

7、将所述致密坯进行扩散合金化处理，得到均匀化坯料；

8、将所述均匀化坯料进行热锻开坯，得到板坯；

9、将所述板坯依次进行热轧和热处理，得到钛钽合金板材。

10、优选的，所述钛粉与钽粉的纯度独立地≥99.95％，平均粒径独立地为50μm以下。

11、优选的，所述混合在双锥混料机中进行，所述混合的时间为24～30h。

12、优选的，所述压制包括冷等静压或机械压制；所述压制的压力≥150mpa，保压时间为5～10min。

13、优选的，所述热等静压的温度为900～1000℃，压力为120～150mpa，保压时间为3～4h。

14、优选的，所述扩散合金化处理的温度为1150～1200℃，保温时间为24～30h。

15、优选的，所述热锻开坯至少经过三次镦拔操作；所述热锻开坯的温度为850～1000℃，总变形量为50％以上。

16、优选的，所述热轧的温度为700～800℃；所述热轧为多道次轧制，单道次变形量独立地为10～15％，总变形量为60～70％。

17、优选的，所述热处理的温度为600～700℃，保温时间为0.5～1h。

18、优选的，所述钛钽合金板材的厚度为10～40mm，长度与宽度尺寸独立地≥1000mm。

19、本发明提供了一种钛钽合金板材的制备方法，包括以下步骤：对应目标钛钽合金板材中ti和ta的比例，将钛粉和钽粉进行混合，得到混合粉料；将所述混合粉料进行压制，得到粉坯；将所述粉坯进行热等静压，得到致密坯；将所述致密坯进行扩散合金化处理，得到均匀化坯料；将所述均匀化坯料进行热锻开坯，得到板坯；将所述板坯依次进行热轧和热处理，得到钛钽合金板材。本发明采用粉末冶金方法，将钛粉和钽粉进行混合，避免了液态沉浮或搅拌不均匀造成的长程偏析。本发明采用扩散合金化处理促进局部的钛颗粒与钽颗粒充分扩散，使材料在短程上成分均匀，从而使得组织均匀，带来了优异的力学性能。实施例结果表明，本发明制备得到的钛钽合金板材中ta的正/负偏析≤1wt.％、室温抗拉强度≥850mpa、延伸率≥25％，其综合力学性能明显优于铸造钛钽合金所制板材，使其具备结构工程构件的应用可能。

20、本发明通过粉末冶金方法精确控制组织成分，可以获得任意比例的合金，尤其钽含量大于30％的钛钽合金，满足多种用途需求。

21、本发明热锻的总变形量为50％以上，热轧的总变形量为60～70％。本发明通过控制热锻及热轧的大变形，变形过程中厚度减小，长度和宽度尺寸不断变大，使得本发明制备得到的钛钽合金板材长度与宽度尺寸均≥1000mm；而现有熔炼方法无法解决大尺寸原材料中的元素偏析现象，元素偏析造成材料力学性能下降，尤其是塑性和韧性下降，材料变形加工过程中极易出现裂纹，材料很难变形到大尺寸。

22、进一步的，本发明采用纯度≥99.95％的钛粉和钽粉，能够避免较多杂质元素形成更多第二相降低合金的加工性能；而现有熔铸方法制备的钛钽合金板材组织中容易存在多种亚稳相，给塑性加工带来较大困难。

23、进一步的，本发明采用平均粒径50μm以下的钛粉和钽粉，能够减小钛元素中钽的溶入半径，提高钛钽合金致密性与合金化程度。

技术特征：

1.一种钛钽合金板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛粉与钽粉的纯度独立地≥99.95％，平均粒径独立地为50μm以下。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合在双锥混料机中进行，所述混合的时间为24～30h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压制包括冷等静压或机械压制；所述压制的压力≥150mpa，保压时间为5～10min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热等静压的温度为900～1000℃，压力为120～150mpa，保压时间为3～4h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述扩散合金化处理的温度为1150～1200℃，保温时间为24～30h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热锻开坯至少经过三次镦拔操作；所述热锻开坯的温度为850～1000℃，总变形量为50％以上。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热轧的温度为700～800℃；所述热轧为多道次轧制，单道次变形量独立地为10～15％，总变形量为60～70％。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为600～700℃，保温时间为0.5～1h。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛钽合金板材的厚度为10～40mm，长度与宽度尺寸独立地≥1000mm。

技术总结
本发明提供了一种钛钽合金板材的制备方法，属于难熔金属制备加工技术领域。本发明采用粉末冶金方法，将钛粉和钽粉进行混合，避免了液态沉浮或搅拌不均匀造成的长程偏析。本发明采用扩散合金化处理促进局部的钛颗粒与钽颗粒充分扩散，使材料在短程上成分均匀，从而使得组织均匀，带来了优异的力学性能。本发明通过粉末冶金方法精确控制组织成分，可以获得任意比例的合金，能够满足多种用途需求。实施例结果表明，本发明制备得到的钛钽合金板材中Ta的正/负偏析≤1wt.％、室温抗拉强度≥850MPa、延伸率≥25％、长度与宽度尺寸均≥1000mm，其综合力学性能明显优于铸造钛钽合金所制板材，使其具备结构工程构件的应用可能。

技术研发人员：李卿,李增德,彭丽军,解浩峰,冯雪,米绪军,刘冬梅
受保护的技术使用者：有研工程技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15