一种用电弧等离子体法制备TiAl亚微米杆的方法

摘要

本发明涉及一种磁性纳米材料，具体地说是用电弧等离子体法制备新型TiAl亚微米杆的方法。其特征在于：该方法是在氢、氩(体积比2∶3)总压为600～720Torr混合气氛中，用直径为4～6mm的钨棒作为阴极，钛铝(原子比1∶1)合金φ16～30mm柱作为阳极。在电流150A～200A、电压30V～40V的条件下，启动风机定流量为8～16L/s，点弧60～150min，停弧后在少许氧气中钝化120～180min，在阴极前端沉积物中，得到新型TiAl亚微米杆。本发明的优点是温度梯度较大，较容易生成特殊形态和结构的物质，为机理研究提供很好的样品，解决了常规物理、化学方法不能彻底产生新型结构的难题。

权利要求

1.一种用电弧等离子体法制备新型TiAl亚微米杆的方法，其特征在于：该方法是按照如下步骤进行：在电弧等离子体炉的真空室中，把钛铝合金柱放于水冷铜阳极上，其中的钛铝原子比-3为1：1；再固定钨棒于阴极架上，抽真空到3~8×10 Pa；充入氢气、氩气，氢气与氩气的体积比是氢气：氩气=2：3，充入的混合气达到600～720Torr时，开启循环风机，调节流量8～

16L/s，经过5～10min运行；用高频起弧后，调整电流在150 A～200A、电压在30V～40V范围内，点弧时间60～150min；停弧后在少许氧气氛中钝化120～180min，在阴极前端沉积物中，得到玉米杆型TiAl亚微米杆。

2.根据权利要求1所述的一种用电弧等离子体法制备新型TiAl亚微米杆的方法，其特征：制备出的玉米杆型TiAl亚微米杆，其直径500nm，长为300μm，接头处两杆相套接，每节杆如干枯玉米杆成丝状；杆合金成分钛含量92~95%、铝含量5~8%，接头处合金成分钛含量

75~82%、铝含量18~25%。

说明书

一种用电弧等离子体法制备TiAl亚微米杆的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种磁性纳米材料，具体地说是用电弧等离子体法制备新型TiAl亚微米杆的方法。

背景技术

[0002] 近十几年来,含钛的金属间化合物作为高温结构材料迅速发展起来，Ti-Al基合金已经成为新一代高温结构材料的代表,Ti-Al基合金具有强度高、密度低、弹性模量大、抗氧化和蠕变性能强等特点，已成为制作航空航天及汽车发动机耐热结构件极具竞争力的材料。但是，Ti-Al合金的成分容错度小,微量的成分变化就会显著地改变合金的性能，此类合金室温延展性和韧性差，一直是阻碍其应用的重大缺陷。目前解决的方法是对Ti-Al合金进行晶粒细化处理，另外细化钛铝合金铸态组织的热处理工艺和二次锻造技术也是提高钛铝合金力学性能的主要手段。但这种方法制备出的材料与其他材料复合，不能进一步提高其他材料的性能，因此，所得到的复合材料在一些高尖端的特殊领域中的应用受到限制。

发明内容

[0003] 发明目的：本发明的目的是针对常规物理化学方法制备一维合金材料技术的不足，提供一种用电弧等离子体法制备新型TiAl亚微米杆的方法，通过调节电流、电压、工作气氛和时间有效控制纳米和亚微米材料的尺寸和形貌，提高材料的性能，拓宽这种高尖端材料在一些特殊领域中的应用。

[0004] 技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

[0005] 一种用电弧等离子体法制备新型TiAl亚微米杆的方法，其特征在于：该方法是按照如下步骤进行：

[0006] 在电弧等离子体炉的真空室中，把钛铝合金柱放于水冷铜阳极上，其中的钛铝原-3子比为1：1；再固定钨棒于阴极架上，抽真空到3~8×10 Pa；充入氢、氩气，氢气与氩气的体积比是氢气：氩气=2：3，充入的混合气达到600～720Torr时，开启循环风机，调节流量8～
16L/s，经过5～10min运行；用高频起弧后，调整电流在150 A～200A、电压在30V～40V范围内，点弧时间60～150min；停弧后在少许氧气氛中钝化120～180min，在阴极前端沉积物中，得到玉米杆型TiAl亚微米杆。

[0007] 制备出的玉米杆型TiAl亚微米杆，其直径500nm，长为300μm，接头处两杆相套接，每节杆如干枯玉米杆成丝状；杆合金成分钛含量92~95%、铝含量5~8%，接头处合金成分钛含量75~82%、铝含量18~25%。

[0008] 优点及效果：本发明的优点是温度梯度较大，较容易生成特殊形态和结构的物质，为机理研究提供很好的样品制备方法。解决了常规物理、化学方法不能彻底产生新型结构的难题，并且可以通过调节电流、电压、工作气氛和时间有效控制纳米和亚微米材料的尺寸和形貌，因此该法是一种简单的、可控性强的制备新型TiAl亚微米杆的方法。

[0009] 随着科学技术的发展，纳米和微米材料的性能、结构、制备及其应用的研究已成为当今世界材料学的热点。一维纳米和微米材料通常作为复合材料的增强与改性成分。改善金属、陶瓷、树脂、塑料、水泥等材料原有的性能。制成各种耐热、耐磨、高润滑、耐腐蚀、高强度新型尖端材料。对Ti-Al合金亚微米棒材料的研究将有望进一步提高其性能，使其得到更广泛的应用。

[0010] 附图说明：

[0011] 图1是本发明制备的新型TiAl亚微米杆的扫描电子镜照片；

[0012] 图2是图1左下角放大的扫描电子镜照片；

[0013] 图3是图1接头处放大的扫描电子镜照片；

[0014] 图4是杆中间的能谱图；

[0015] 图5是杆接头处的能谱图。

[0016] 具体实施方式：

[0017] 本发明是在氢、氩（体积比2：3）总压为600～720Torr混合气氛中，用直径为4～6mm的钨棒作为阴极，钛铝（原子比1：1）合金φ16～30mm柱作为阳极。在电流150A～
200A、电压30V～40V的条件下，启动风机定流量为8～16L/s，点弧60～150min，停弧后在少许氧气中钝化120～180min，在阴极前端沉积物中，得到新型TiAl亚微米杆。

[0018] 实施例1

[0019] 在电弧等离子体炉的真空室中，把钛铝合金柱放于水冷铜阳极上，其中的钛铝原-3子比为1：1；再固定钨棒于阴极架上，抽真空到5×10 Pa；充入氢、氩气，氢气与氩气的体积比是氢气：氩气=2：3，充入的混合气达到650Torr时，开启循环风机，调节流量10L/s，经过
8min运行；用高频起弧后，调整电流在160A、电压在35V范围内，点弧时间80min；停弧后在少许氧气氛中钝化130min，在阴极前端沉积物中，得到玉米杆型TiAl亚微米杆。

[0020] 实施例2

[0021] 在电弧等离子体炉的真空室中，把钛铝合金柱放于水冷铜阳极上，其中的钛铝原-3子比为1：1；再固定钨棒于阴极架上，抽真空到7×10 Pa；充入氢、氩气，氢气与氩气的体积比是氢气：氩气=2：3，充入的混合气达到680Torr时，开启循环风机，调节流量14L/s，经过
10min运行；用高频起弧后，调整电流在180A、电压在40V范围内，点弧时间120min；停弧后在少许氧气氛中钝化160min，在阴极前端沉积物中，得到玉米杆型TiAl亚微米杆。

[0022] 实施例3

[0023] 在电弧等离子体炉的真空室中，把钛铝合金柱放于水冷铜阳极上，其中的钛铝原-3子比为1：1；再固定钨棒于阴极架上，抽真空到8×10 Pa；充入氢、氩气，氢气与氩气的体积比是氢气：氩气=2：3，充入的混合气达到700Torr时，开启循环风机，调节流量16L/s，经过
10min运行；用高频起弧后，调整电流在200A、电压在40V范围内，点弧时间150min；停弧后在少许氧气氛中钝化180min，在阴极前端沉积物中，得到玉米杆型TiAl亚微米杆。

[0024] 制备出的玉米杆型TiAl亚微米杆，其直径500nm，长为300μm，接头处两杆相套接，每节杆如干枯玉米杆成丝状；杆合金成分钛含量92~95%、铝含量5~8%，接头处合金成分钛含量75~82%、铝的18~25%。

[0025] 用JSM-6301F场发射扫描电子显微镜对新型TiAl亚微米杆进行微观形貌观察，及利用Oxford能谱仪进行化学成份分析。图1可以看到新型TiAl亚微米杆，其直径500nm，长为300μm，接头处两杆相套接，每节杆如干枯玉米杆成丝状。图2可以看出杆的弯曲形态。图3看到杆的节处是两杆相套连接。图4可以看出杆合金成分钛含量约94%、铝的约6%，图5可以看出接头处合金成分钛含量80%左右、铝的20%左右，生长机理是气固生长模式。

[0026] 实验证明，该方法是一种有效的实现金属及合金纳米或亚微米级材料新形貌和新结构的方法，是一种简单的、可控性强的制备新型TiAl亚微米杆的方法。