一種高釩含量阻燃鈦合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鈦合金材料的激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高釩含量阻燃鈦合金 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦及鈦合金因具有密度小、比強度高、耐高溫、耐腐蝕、生物相容性好等一系列優(yōu) 良特性，在航空、航天、艦船、兵器、醫(yī)用等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，特別是在設(shè)計先進航空發(fā)動 機時，鈦合金更是不可缺少的關(guān)鍵材料。然而，常規(guī)的鈦合金在一定的空氣壓力和溫度條件 下會發(fā)生燃燒，即所謂的"鈦火"，從而限制了鈦合金的應(yīng)用。一般鈦合金零部件的燃燒蔓延 時間從開始到結(jié)束總共只有4s~20s，在如此短的時間內(nèi)根本來不及采取滅火措施。因此， 提高鈦合金的阻燃性能已成為航空工業(yè)中一項亟待解決的關(guān)鍵問題。
[0003] 新型阻燃鈦合金研制是解決"鈦火"問題的可行途徑之一，其中添加V元素和Cr元 素有利于提高鈦合金的抗燃燒性?，F(xiàn)有的以V和Cr為主要添加元素的阻燃鈦合金研制及 加工存在兩方面的困難：（1)現(xiàn)有阻燃鈦合金的研制采用的是傳統(tǒng)熔煉方法，合金成分改 進工藝過程復雜、響應(yīng)速度慢；（2)目前鈦合金零件成形大都采用鍛造方法，V元素含量的 提高有利于提高鈦合金的抗燃燒性，但同時會導致鈦合金鍛造時的變形抗力過大，難加工， 阻燃性能和加工性能難于兼顧。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高釩含量 阻燃鈦合金，該阻燃鈦合金結(jié)構(gòu)致密、無缺陷，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)優(yōu)良，具有良好的阻燃性能。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高釩含量阻燃鈦合金，其特 征在于，由以下重量百分含量的成分組成：V27%~35%，Cr15%，余量為Ti和不可避免 的雜質(zhì)。
[0006] 上述的一種高釩含量阻燃鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成： V 30%~33%，Cr15%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 上述的一種高釩含量阻燃鈦合金，其特征在于，由以下重量百分含量的成分組成： V 30%，Cr15%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述高釩含量阻燃鈦合金的方法，其特征在于，包 括以下步驟：
[0009] 步驟一、將鈦粉、釩粉和鉻粉混合，得到混合粉末，然后將所述混合粉末在110°c~ 130°C的條件下干燥lh~2h，再將干燥后的混合粉末研磨混合均勻，得到粉料；
[0010] 步驟二、采用激光熔覆沉積的方式將步驟一中所述粉料沉積在基板表面，沉積后 得到阻燃鈦合金，然后將所述阻燃鈦合金和所述基板分離；激光熔覆沉積過程中采用同步 送粉方式，所述同步送粉的送粉率為3g/min~8g/min，載氣流量為3L/min~7L/min，激光 熔覆沉積保護環(huán)境中的保護氣氛為氬氣，保護環(huán)境中氧氣的質(zhì)量含量小于lOOppm，所述激 光熔覆沉積的熔覆層數(shù)不小于5層，所述基板為純鈦板或鈦合金板；所述激光熔覆沉積的 激光功率為1500W~3000W，光斑直徑為2mm~3mm，掃描速度為3mm/s~15mm/s，搭接率為 30%~50%。
[0011] 上述的方法，其特征在于，步驟一中所述鈦粉的平均粒度為75ym~150ym，所述 釩粉和鉻粉的平均粒度均為50ym~100ym，所述鈦粉、釩粉和鉻粉的質(zhì)量純度均不小于 99. 9%，所述鈦粉、釩粉和鉻粉的氧含量均不大于0.lwt%。
[0012] 上述的方法，其特征在于，步驟二中所述同步送粉的送粉率為3g/min~5g/min， 載氣流量為4L/min~6L/min，所述激光熔覆沉積的激光功率為2000W~2500W，光斑直徑 為2. 5mm~3mm，掃描速度為8mm/8~10臟/8，搭接率為30%~40%。
[0013] 上述的方法，其特征在于，所述同步送粉的送粉率為4g/min，載氣流量為6L/min， 所述激光熔覆沉積的激光功率為2200W，光斑直徑為3mm，掃描速度為lOmm/s，搭接率為 40%〇
[0014] 上述的方法，其特征在于，步驟二中采用線切割加工的方式將所述阻燃鈦合金和 所述基板分尚。
[0015] 上述的方法，其特征在于，步驟二中所述鈦合金板的牌號為TC4、TC6、TC10或 TCll〇
[0016] 上述的方法，其特征在于，步驟二中所述純鈦板的牌號為TA1或TA2。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0018] 1、本發(fā)明的阻燃鈦合金結(jié)構(gòu)致密、無缺陷，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)優(yōu)良，具有良好的阻燃性 能。
[0019] 2、本發(fā)明的方法克服了傳統(tǒng)熔煉工藝制備合金的局限性，制備高釩含量阻燃鈦合 金的工藝過程簡單，操作響應(yīng)快，易加工，鈦合金制備過程無需坩堝或其他電極材料，避免 了合金元素受到污染。
[0020] 3、本發(fā)明利用激光束對粉料進行激光熔覆沉積，使粉料具有快速熔化和凝固的過 程，在基板表面能夠獲得結(jié)構(gòu)致密、無缺陷、內(nèi)部組織優(yōu)良的阻燃鈦合金，且通過對鈦合金 中各個元素成分的優(yōu)化，顯著提高了鈦合金的阻燃性能。
[0021] 4、本發(fā)明采用激光熔覆沉積的工藝制備阻燃鈦合金，與傳統(tǒng)熔煉工藝制備合金的 過程相比，由于本發(fā)明中激光加工能夠使粉料快速凝固，快速凝固過程合金中產(chǎn)生的微區(qū) 應(yīng)力使得合金晶界處及晶粒內(nèi)部產(chǎn)生亞晶結(jié)構(gòu)，從而有利于合金強化，提高其綜合力學性 能。
[0022] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明實施例1制備的阻燃鈦合金的SEM照片。
[0024] 圖2為本發(fā)明實施例1制備的阻燃鈦合金的顯微組織圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明實施例2制備的阻燃鈦合金的顯微組織圖。
[0026] 圖4為本發(fā)明實施例3制備的阻燃鈦合金的顯微組織圖。
【具體實施方式】
[0027] 實施例1
[0028] 本實施例高釩含量阻燃鈦合金由以下重量百分含量的成分組成：V30%，Cr 15%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0029] 本實施例制備所述高釩含量阻燃鈦合金的方法為：
[0030] 步驟一、將鈦粉、釩粉和鉻粉混合，得到混合粉末，然后將所述混合粉末在120°c的 條件下干燥1. 5h，再將干燥后的混合粉末研磨混合均勻，得到粉料；所述鈦粉的平均粒度 為131. 4ym，所述釩粉的平均粒度為58. 5ym，所述鉻粉的平均粒度為75ym，所述鈦粉、釩 粉和鉻粉的質(zhì)量純度均不小于99. 9%，所述鈦粉、釩粉和鉻粉的氧含量均不大于0.lwt% ; [0031] 步驟二、采用激光熔覆沉積的方式將步驟一中所述粉料沉積在基板表面，沉積后 得到阻燃鈦合金，然后采用線切割加工的方式將所述阻燃鈦合金和所述基板分離，得到規(guī) 格為40mmX10mmX4mm阻燃鈦合金；激光熔覆沉積過程中采用同步送粉方式，所述同步送 粉的送粉率為8g/min，載氣流量為6L/min，載粉氣體為氬氣，激光熔覆沉積保護環(huán)境中的 保護氣氛為氬氣，保護環(huán)境中氧氣的質(zhì)量含量小于lOOppm，所述激光熔覆沉積的熔覆層數(shù) 不小于5層，所述基板為TC4鈦合金板，基板的規(guī)格為60mmX60mmX6mm;所述激光恪覆沉 積的激光功率為2500W，光斑直徑為3mm，掃描速度為lOmm/s，搭接率為40%。
[0032] 從圖1中可以看出，本實施例制備的Ti-30V-15Cr阻燃鈦合金在合金晶界處及晶 粒內(nèi)部產(chǎn)生亞晶結(jié)構(gòu)（圖1中白色點狀析出物），亞晶結(jié)構(gòu)的存在有利于合金強化，提高其 綜合力學性能；從圖2中可以看出，本實施例制備的Ti-30V-15Cr阻燃鈦合金微觀組織內(nèi)部 無裂紋或熔合不良的缺陷，氣孔與未熔粉末的比例幾乎為零，說明該阻燃鈦合金具有良好 的微觀組織結(jié)構(gòu)，有利于提高其阻燃性能；測試該阻燃鈦合金的顯微硬度為415. 4HV。
[0033] 實施例2
[0034] 本實施例高