本發(fā)明涉及鈦鋁合金，具體涉及強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金及制備方法。

背景技術：

1、隨著航空航天、汽車和能源等領域的發(fā)展，對材料性能的要求不斷提高，尤其在高溫環(huán)境下，結構件需具備更高的強度和穩(wěn)定性。鈦鋁合金因其較低的密度和優(yōu)異的比強度而受到關注，但其高溫下的延展性較差，尤其在熱加工中，延展性表現遠不如強度，導致脆性斷裂和裂紋的風險增加，影響加工效率和產品質量。因此，提升鈦鋁合金的延展性成為解決其熱加工難題的關鍵。為了解決鈦鋁合金在高溫下延展性差的問題，研究者們正在探索多種方法來改善其性能。通過合金元素的合理設計和優(yōu)化是常見的方法。例如，添加稀土元素改善鈦鋁合金的晶粒結構，減少高溫下的脆性行為。但是該方法添加過多的稀土元素可能導致合金的成本增加。同時，某些合金成分可能會對合金性能產生負面影響，因此需要對成分和配比進行精準調整和長期實驗驗證。此外，采用先進的熱處理技術，如熱等靜壓和超快冷卻等也是常見的方法。但是熱處理技術的效果高度依賴于處理過程的精確控制，若操作不當，可能導致合金內部組織不均勻，產生內應力，甚至導致形變或裂紋。另外，熱處理通常需要較高的溫度和較長的時間，這對能量消耗和生產成本提出了更高要求。特別是在大規(guī)模生產中，熱處理技術可能導致生產效率降低，增加成本。因此，如何提高鈦鋁合金的延展性，降低熱加工溫度，減輕對加工設備的要求，降低生產成本和設備需求，從而大幅提升鈦鋁合金的加工性能、產品質量、生產效率以及實現工業(yè)化生產，是目前亟需解決的技術難題。

技術實現思路

1、為了解決上述技術難題，本發(fā)明提供了強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金，它的制備方法包括如下步驟：

2、(1)將ti粉、al粉、b粉和ti48al48cr2nb2預合金粉分別按照質量比40：6.9：3.1：30-50、20：3.45：1.55：60-80以及8：1.38：0.62：80-100放在球磨機中以80-110rpm的轉速均勻混合8-11小時后獲得不同含量的混合粉末1、2和3；然后將獲得的混合粉末1、2和3按照重量比1-2：1-2：7-8依次放入鈦管中并封裝，獲得梯度分布混合粉末的鈦管；所述的ti粉粒徑為～50-100μm，al粉粒徑為～40-110μm，b粉粒徑為～0.5-2μm，ti48al48cr2nb2預合金粉粒徑為～50-150μm；

3、(2)將鈦鋁合金進行真空感應熔煉，待鈦鋁合金熔融后加入步驟(1)獲得的梯度分布混合粉末的鈦管，待梯度分布混合粉末的鈦管熔化后，保溫5-10分鐘、進行澆注后獲得陶瓷顆粒增強鈦鋁合金鑄錠，再將獲得的陶瓷顆粒增強鈦鋁合金鑄錠氣霧化制粉超聲處理、熱壓燒結后獲得強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金，所述的真空感應熔煉為：在氬氣氛圍下，在1550-1700℃保溫6-10分鐘；所述的氣霧化制粉超聲處理為：功率20-60kw，進料速率為150-300mm/min，霧化氣體壓力為1-4mpa，其中超聲頻率為200-500khz，功率密度20-40w/cm2；所述的熱壓燒結為：升溫速度70-130℃/min，保溫溫度1250-1400℃，保溫時間為3-10min，保壓壓力為30-60mpa；

4、按照質量百分比計，所述的鈦鋁合金成分為：nb:5.00-5.50wt.％；cr:2.50-2.80wt.％；al:32.00-32.80wt.％；其余為ti；梯度分布混合粉末的鈦管與鈦鋁合金質量比為0.3-0.5wt.％：1；

5、所述的強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金具有細小的晶粒尺寸，其平均晶粒尺寸≤112.5μm，顯微組織中含有均勻分布的粒徑范圍為70-600納米的陶瓷顆粒；在800℃使用時，強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金的斷裂應變≥56.3％，屈服強度、抗拉強度分別≥442.3mpa，≥466.3mpa。

6、進一步地，步驟(1)所述的ti粉粒徑為～60-80μm，al粉粒徑為～50-100μm，b粉粒徑為～0.7-1.5μm，ti48al48cr2nb2預合金粉粒徑為～70-120μm。

7、進一步地，步驟(2)所述的氣霧化制粉超聲處理為：功率30-55kw，進料速率為180-280mm/min?mm/min，霧化氣體壓力為2-3.5mpa，其中超聲頻率為300-400khz，功率密度25-35w/cm2。

8、進一步地，步驟(2)所述的熱壓燒結為：升溫速度80-120℃/min，保溫溫度1280-1350℃，保溫時間為5-8min，保壓壓力為35-50mpa。

技術特征：

1.強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金，其特征在于，它的制備方法包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金，其特征在于，步驟(1)所述的ti粉粒徑為～60-80μm，al粉粒徑為～50-100μm，b粉粒徑為～0.7-1.5μm，ti48al48cr2nb2預合金粉粒徑為～70-120μm。

3.根據權利要求1所述的強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金，其特征在于，步驟(2)所述的氣霧化制粉超聲處理為：功率30-55kw，進料速率為180-280mm/min?mm/min，霧化氣體壓力為2-3.5mpa，其中超聲頻率為300-400khz，功率密度25-35w/cm2。

4.根據權利要求1所述的強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金，其特征在于，步驟(2)所述的熱壓燒結為：升溫速度80-120℃/min，保溫溫度1280-1350℃，保溫時間為5-8min，保壓壓力為35-50mpa。

技術總結
本發(fā)明提供了強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金及制備方法，包括：將Ti粉、Al粉、B粉和Ti<subgt;48</subgt;Al<subgt;48</subgt;Cr<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;預合金粉按不同比例混合得到混合粉末1、2和3，將混合粉末1、2和3按比例依次放置于鈦管并封裝得到梯度分布混合粉末鈦管；真空感應熔煉將鈦管加入鈦鋁合金制備陶瓷顆粒增強鈦鋁合金鑄錠，并將鑄錠霧化制粉獲得含有內包覆陶瓷顆粒的鈦鋁合金粉末，最后將獲得的鈦鋁合金粉末熱壓燒結獲得強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金。本發(fā)明制備的強延展性易加工內包覆陶瓷顆粒增強鈦鋁合金具有優(yōu)異的高溫力學性能，在800℃時屈服強度≥442.3MPa，抗拉強度≥466.3MPa，斷裂應變≥56.3％。

技術研發(fā)人員：邱豐,魏元正,舒世立,董柏欣,陳俊伯,姜啟川
受保護的技術使用者：吉林大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15