一种SPS制备钛铜合金的方法

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种SPS制备钛铜合金的方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、耐腐蚀性强的特点，且综合工艺性能优异，广泛应用于航天航空和生物医用领域。

钛铜二元合金在铜含量超过3%时会析出金属间化合物Ti2Cu，Ti2Cu的硬度比纯铜和纯钛高得多，可以作为纯钛的增强相。钛铜合金一般采用熔炼制备，但铜含量过多时，生成的金属间化合物的分布无法控制。SPS即放电等离子烧结利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬间高温来实现烧结过程。SPS因能够准确灵活地调控材料的成分和比例，同时设计基体组织结构和快速烧结成型，并且工艺要求门槛低，在复合材料的制备中展现出极大的优越性。

目前，几乎没有专门针对控制钛铜金属间化合物形貌和分布的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种SPS制备钛铜合金的方法。该方法将铜粉高能球磨成片状后还原再包覆在钛粉表面，提高了铜粉在钛粉中的分散均匀性和稳定性，再结合SPS放电等离子烧结，通过控制放电等离子烧结的温度和保温时间，有效控制了铜的扩散，进而有效控制了钛铜金属间化合物的形貌，并实现了对钛铜金属间化合物分布的控制，有利于提高钛铜金属间化合物的增强相作用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种SPS制备钛铜合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将铜粉进行高能球磨处理，得到片状铜粉；

步骤二、将步骤一中得到的片状铜粉进行还原处理，然后和钛粉进行球磨混合，得到混合粉末；

步骤三、将步骤二中得到的混合粉末进行SPS即放电等离子烧结，得到钛铜合金。

本发明先将铜粉高能球磨成片状铜粉，然后进行还原，使得因高能球磨而氧化的铜粉还原为铜粉，再与钛粉球磨混合，使得片状铜粉均匀包覆在钛粉表面，得到混合粉末，提高了铜粉在钛粉中的分散均匀性和稳定性，再结合SPS放电等离子烧结，利用SPS高温、加压烧结的特性，使得混合粉末快速烧结成型，同时钛粉与其表面包覆的片状铜粉生成钛铜金属间化合物如Ti2Cu等，大大缩短了烧结时间，通过控制放电等离子烧结的温度和保温时间，有效控制了铜的扩散，进而有效控制了钛铜金属间化合物的形貌，并实现了对钛铜金属间化合物分布的控制，有效发挥了钛铜金属间化合物的增强相作用，有利于改善钛铜合金的性能。

上述的一种SPS制备钛铜合金的方法，其特征在于，步骤一中所述高能球磨的转速为350rpm~550rpm，球磨时间为6h~24h。

上述的一种SPS制备钛铜合金的方法，其特征在于，步骤二中所述片状铜粉的质量为片状铜粉和钛粉总质量的1%~14%。

上述的一种SPS制备钛铜合金的方法，其特征在于，步骤三中所述放电等离子烧结的温度为900℃~1300℃，压力为40MPa~150MPa，保温时间为30min~120min。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明将铜粉高能球磨成片状后还原再包覆在钛粉表面，提高了铜粉在钛粉中的分散均匀性和稳定性，再结合SPS放电等离子烧结，通过控制放电等离子烧结的温度和保温时间，有效控制了铜的扩散，进而有效控制了钛铜金属间化合物的形貌，并实现了对钛铜金属间化合物分布的控制，有利于提高钛铜金属间化合物的增强相作用。

2、本发明的操作简单，易于实现。

3、本发明原料容易获取，成本比较低。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的混合粉末的SEM图。

图2为本发明实施例1制备的钛铜合金的SEM图。

具体实施方式

实施例1

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将100g铜粉和乙醇在转速为450rpm的条件下进行高能球磨处理6h，得到片状铜粉；

步骤二、将10g步骤一中得到的片状铜粉进行还原处理，然后和190g钛粉在转速为200rpm的条件下进行球磨混合3h，得到混合粉末；所述还原处理的温度为400℃，时间为40min，还原处理采用的还原气氛为氢气体积浓度8%的氢氩混合气体；

步骤三、将步骤二中得到的混合粉末在温度1000℃、压力40MPa的条件下进行放电等离子烧结30min，得到钛铜合金。

图1为本实施例制备的混合粉末的SEM图，从图1可以看出，混合粉末中片状铜粉包覆在钛粉表面。

图2为本实施例制备的钛铜合金的SEM图，从图2可以看出，钛铜合金中钛铜金属间化合物颗粒形成片层组织。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将100g铜粉和乙醇在转速为350rpm的条件下进行高能球磨处理24h，得到片状铜粉；

步骤二、将2g步骤一中得到的片状铜粉进行还原处理，然后和198g钛粉在转速为150rpm的条件下进行球磨混合2h，得到混合粉末；所述还原处理的温度为400℃，时间为40min，还原处理采用的还原气氛为氢气体积浓度8%的氢氩混合气体；

步骤三、将步骤二中得到的混合粉末在温度900℃、压力90MPa的条件下进行放电等离子烧结75min，得到钛铜合金。

实施例3

本实施例包括以下步骤：

步骤一、将100g铜粉和乙醇在转速为550rpm的条件下进行高能球磨处理10h，得到片状铜粉；

步骤二、将28g步骤一中得到的片状铜粉进行还原处理，然后和172g钛粉在转速为300rpm的条件下进行球磨混合1h，得到混合粉末；所述还原处理的温度为400℃，时间为40min，还原处理采用的还原气氛为氢气体积浓度8%的氢氩混合气体；

步骤三、将步骤二中得到的混合粉末在温度1300℃、压力150MPa的条件下进行放电等离子烧结120min，得到钛铜合金。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。