一种高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的制备方法

摘要

本发明涉及一种阻燃合金的制备方法，特别是一种高耐蚀性Ti40‑xCu40Al20Gdx阻燃合金的制备方法。本发明首次采用在Ti2Cu2Al阻燃合金中添加适量稀土Gd元素来合成一种新型高耐蚀性Ti40‑xCu40Al20Gdx(x＝0，0.1，0.2，0.5，1)阻燃合金，为高耐蚀性形状记忆合金的应用拓展了思路。本发明的高耐蚀性Ti40‑xCu40Al20Gdx阻燃合金按如下步骤进行制备：按照原子百分比取料、称量、熔炼，即得到高耐蚀性Ti40‑xCu40Al20Gdx阻燃合金。本发明制备的Ti40‑xCu40Al20Gdx阻燃合金具有耐蚀性的优点。

权利要求

1.一种高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的制备方法，其特征在于，步骤如下：按照原子百分比取40-x份的Ti、40份的Cu、20份的Al和x(x＝0，0.1，0.2，0.5，1)份的稀土元素Gd放入真空中频感应熔炼炉中，按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀有Gd，随后放置Cu、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门；熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10-3Pa，再充入高纯惰气到100Pa；开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw，当被融化的金属液体被充分混匀后将合金液体倒入棒状模具中，得到Φ10mm×60mm的棒状试样，待其冷却取出，即得到高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金。

2.根据权利要求1所述的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的制备方法，其特征在于，惰性气体为氩气或氮气。

3.根据权利要求1所述的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的制备方法，其特征在于，惰性气体为氩气。

4.根据权利要求1所述的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的制备方法，其特征在于，x＝1。

5.根据权利要求1所述的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的制备方法，其特征在于，熔炼功率为500Kw的条件下电弧熔炼10分钟。

说明书

一种高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx(x＝0，0.1，0.2，0.5，1)阻燃合金的制备方法。

背景技术

[0002] 钛合金具有密度小、强度高、耐高温和抗腐蚀性好等优点,在航空航天领域中获得了广泛的应用。我国钛材产量位居世界第四，但航空航天用高端钛材产量只占总量的10％左右，与世界的50％水平仍存在着相当的差距，因此需要加强综合高性能钛合金材料和应用的创新性研究，提高航空航天钛合金的应用水平和用量。发展高综合性能钛合金材料与低成本制造技术是扩大钛合金应用的两大驱动力。作为航空发动机材料使用时，普通钛合金可能会产生“钛火”，为了解决这个问题，各国开展了对阻燃钛合金的研制。大量的研究发现，阻燃钛合金主要有两种体系，一是Ti-V-Cr系；二是Ti-Al-Cu系。Ti-V-Cr系阻燃钛合金与Ti-Al-Cu系相比,具有更好的综合力学性能，且Ti-V-Cr阻燃钛合金已在F119发动机中得到成功应用，但是价格昂贵。与Ti2V2Cr系阻燃钛合金相比,Ti2Cu2Al系阻燃钛合金的综合力学性能较差,工作温度也较低。因此，本领域亟需具有高耐蚀性的阻燃合金。

发明内容

[0003] 为了解决现有Ti2Cu2Al系列磁记忆合金耐蚀性低的问题，本发明通过在 Ti2Cu2Al系合金中添加微量的稀土元素Gd，利用真空中频熔炼炉制备出一种新型的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx(x＝0，0.1，0.2，0.5，1)阻燃合金的一种新方法。

[0004] 本发明的发明构思是：通过在Ti2Cu2Al系合金中添加微量的稀土元素Gd，可以明显改善合金的强度和塑形，同时稀土元素对合金的晶界起到了净化的作用。显著改善Ti2Cu2Al系阻燃钛合金的综合性能。这是在Ti2Cu2Al系阻燃钛合金中从未导报过的，这可成为阻燃钛合金应用和发展的一种新材料。

[0005] 本发明的Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金按如下方法进行制备：按照原子百分比取40-x份的Ti、40份的Cu、20份的Al和x(x＝0，0.1，0.2，0.5，1)份的稀土元素Gd放入真空中频感应熔炼炉中，按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀有Gd，随后放置Cu、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门。熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10-3Pa，再充入高纯惰气到100Pa。开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw。由于中频感应自身的熔炼原理，融化后的金属液体就会在电磁场的作用下流动搅拌。当被融化的金属液体被充分混匀后将合金液体倒入棒状模具中，得到Φ10mm×60mm的棒状试样，待其冷却取出，即得到高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金。

[0006] 进一步的，所述惰气为氩气或氮气。优选氩气。

[0007] 优选的，x＝1，得到合金Ti39Cu40Al20Gd1。

[0008] 优选的，熔炼功率为500Kw的条件下电弧熔炼10分钟。

[0009] 本发明方法制备出的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金不同现有的 Ti2Cu2Al阻燃合金，而且与之相比具有以下优点：

[0010] 1、本发明制备的Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的腐蚀速率随着稀土Gd含量的增加呈现先升高然后下降的变化趋势，当x大于0.2后合金的腐蚀速率是几乎不变的；比现有的Ti2Cu2Al合金的腐蚀速率降低了约637％；

[0011] 2、本发明制备的合金的腐蚀电位呈现出逐渐升高的趋势，其中 Ti39Cu40Al20Gd1合金的腐蚀电位最高为-0.17734V，比现有的Ti2Cu2Al合金的腐蚀电位提高了约0.098V；

[0012] 3、本发明制备的Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的腐蚀机理为点蚀。

附图说明

[0013] 图1为实施例1制备的Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的金相光学显微分析，其中(a)图是合金中x＝0的合金的光学显微照片，(b)图是合金中x＝0.1的合金的光学显微照片，(c)图是合金中x＝0.2的合金的光学显微照片，(d)图是合金中x＝0.5 的合金的光学显微照片，(e)图是合金中x＝1的合金的光学显微照片。

[0014] 图2为实施例1制备的Ti40-xCu40Al20Gdx(x＝0，0.1，0.2，0.5，1)阻燃合金的XRD图谱。

[0015] 图3为实施例2制备的Ti40-xCu40Al20Gdx(x＝0，0.1，0.2，0.5，1)阻燃合金的腐蚀速率随Gd元素含量的变化的测试曲线图。

[0016] 图4为实施例3制备的Ti40-xCu40Al20Gdx(x＝0，0.1，0.2，0.5，1)阻燃合金的阳极极化曲线的测试曲线图，(a)图为Ti2Cu2Al阻燃合金阳极极化曲线，  (b)图为Ti39.5Cu40Al20Gd0.5合金阳极极化曲线，(C)图为Ti39Cu40Al20Gd1合金阳极极化曲线。

[0017] 图5为实施例3制备的Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金经腐蚀后在室温下进行SEM观察分析测试图，其中(a)Ti2Cu2Al合金的腐蚀形貌；(b)Ti39.9Cu40Al20Gd0.1合金的腐蚀形貌；(C)Ti39.5Cu40Al20Gd0.5合金的腐蚀形貌；(d)Ti39Cu40Al20Gd1合金的腐蚀形貌。

具体实施方式

[0018] 下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。本实施例所用的真空中频感应熔炼炉购自于上海晨光电炉有限公司，电化学腐蚀在PGSTAT302N电化学工作站上进行的。

[0019] 实施例1

[0020] 本实施例按照表1所示的x数值分别进行了五组实验。

[0021] 表1 Ti40-xCu40Al20Gdx合金组成

[0022]序号 x数值 阻燃合金
1 x＝0 Ti2Cu2Al
2 x＝0.1 Ti39.9Cu40Al20Gd0.1
3 x＝0.2 Ti39.8Cu40Al20Gd0.2
4 x＝0.5 Ti39.5Cu40Al20Gd0.5
5 x＝1 Ti39Cu40Al20Gd1

[0023] 本实施例的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx(x＝0，0.1，0.2，0.5，1)阻燃合金的制备方法按如下方法进行制备：按照原子百分比取40-x份的Ti、40份的Cu、20 份的Al和x份的稀土元素Gd放入真空中频感应熔炼炉中，按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀有Gd，随后放置Cu、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门。熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10-3Pa，再充入高纯氩气到100Pa。开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw，当被融化的金属液体被充分混匀后将合金液体倒入棒状模具中，得到Φ10mm×60mm的棒状试样，待其冷却取出，即得到高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金。

[0024] 实施例2

[0025] 本实施例与实施例1的不同点是：惰性气体为氩气。其它与具体实施例1 相同。

[0026] 实施例3

[0027] 本实施例与实施例1的不同点是：熔炼功率为500Kw的条件下电弧熔炼10 分钟。其它与具体实施例1相同。

[0028] 将实施例1制备的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金首先进行金相显微分析，如图1所示，从图中可以看出本实施方式制备的Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的晶粒尺寸随着稀土Gd含量的增加，逐渐被细化。

[0029] 将实施例1制备的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金在室温的条件下进行 XRD测试分析，结果如图2所示。通过XRD衍射图谱可以看出在本实施例制备的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的衍射峰位置没有改变，只是衍射峰的强度略有改变峰，说明微量的稀土Gd并不改变合金的组织结构。

[0030] 本实施例制备的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx阻燃合金的腐蚀速率的变化如图 3所示，从图中可以看出实施例2制备Ti40-xCu40Al20Gdx的腐蚀速率随稀土Gd的增加呈现逐渐升高后下降最后又几乎不变化的趋势。

[0031] 为了研究Gd元素的添加对实施例3制备的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx合金腐蚀特性的影响，将所有实施例3制备的Ti40-xCu40Al20Gdx合金均放进5％的食盐水中进行腐蚀性能的测量，阳极极化曲线的结果如图4所示，从图中可以看出本实施例制备的Ti40-xCu40Al20Gdx合金的腐蚀电位呈现逐渐升高的变化趋势。 Ti39Cu40Al20Gd1合金的腐蚀电位为-0.17734V，腐蚀电流密度为7.558×10-8A/cm2。较现有合金性质更佳。

[0032] 为了揭示实施例3制备的Ti40-xCu40Al20Gdx合金的腐蚀机理，我们将经上述腐蚀处理后的样品通过SEM进行表面形貌的观察，结果如图5所示，从图5可以看出对本实施方式制备的高耐蚀性Ti40-xCu40Al20Gdx合金的发生的是点蚀。

[0033] 结合附图和实施例实验数据可知，加入Gd使晶粒细化不仅可以提高合金的强度和塑性，而且显著改善合金的综合力学性能。

[0034] 以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。