本發明屬于鈮鋁合金制備技術領域，具體涉及一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法。

背景技術：

自1990年被美國和日本系統研究以來，鈮鋁合金因為有較高的熔點、較低的密度、較好的高溫強度和室溫斷裂韌性，被研究用于高推重比航空發動機渦輪葉片。

目前，已知的鈮鋁合金制備方法主要有機械合金化法、卷繞法、快速加熱冷滲法、快速融化凝固法、電加熱粉末軋制法、熔鹽金屬熱還原法、激光沉積制備法、高溫熔煉法、浸漬-脫氫法和電化學沉積法等。但上述方法中存在制備時間太長、制備過程中易氧化、合金樣品的顆粒度大、合金樣品的顆粒分布不均勻等問題。在公開的研究中，通過優化合金制備的反應速率、控制鈮顆粒大小、調節基體和延性顆粒的結合狀態，提高合金結構的對稱性，可改變鈮鋁合金的韌性；通過超聲波沖擊鹽溶液中的合金成分，提高合金的斷裂韌性和強度。極冷極熱是常規生產合金的重要過程，在常規合成方法中，達到高溫高壓狀態和從高溫高壓狀態到常溫常壓耗費在數十分鐘至數十小時不等，這遠遠無法實現極冷極熱的轉換效果，燒結效果不理想。此外，熱量有助于合金的合成，當沖擊波合成一部分鈮鋁合金后，鈮粉與鋁粉合成過程中會自發釋放熱量。

另一方面，壓力和反應時間也是生成合金的重要因素。此前美國新墨西哥采礦技術大學和加利福尼亞大學圣地亞哥分校用化爆接觸爆炸加載法產生平面沖擊波合成鈮鋁合金，但接觸爆炸只有爆轟波波陣面鄰區的能量對樣品進行壓縮做功，沒有借助飛片等撞擊平面，產生的沖擊波并不均勻，影響合金的均勻性。

技術實現要素：

本發明的目的是解決上述問題，提供一種制備時間短的沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，包括以下步驟：

s1、將鋁粉與鈮粉在手套箱中攪拌混合使粉末混合均勻；

s2、將混合均勻的粉末按照設定的質量稱量，放入壓片機模具中，使用壓片機將粉末預壓成片；

s3、將壓片放入回收盒并擰緊，隨后將回收盒放入大質量鋼架中，確保回收盒底部中心與炮管口中心對齊，為防止壓片氧化，此步驟需在3小時內完成，越快越好；

s4、使用輕氣炮驅動飛片撞擊回收盒，產生的沖擊波對壓片進行沖擊壓縮做功，形成高溫高壓環境，制備得到鈮鋁合金；

s5、在將鈮鋁合金取出的過程中為防止該過程中產生的高溫促使已合成的鈮鋁合金與鈮粉、鋁粉發生發應，進而影響樣品表征，不能使用線切割機等易產生高溫的裝置進行取樣，可使用車床將鈮鋁合金從回收盒取出，并將鈮鋁合金表面的雜質磨掉。

優選地，所述鋁粉與鈮粉的純度均大于99.9％，鋁粉與鈮粉的質量百分比為30:70～70:30。

優選地，所述鋁粉與鈮粉的顆粒度大小相同，粒徑不大于325目，并且粒徑越小越好。

優選地，在步驟s2中，因為顆粒度很細的鋁粉容易爆燃，安全起見，從鈮粉與鋁粉的混合到壓制成片的過程，均需在手套箱中完成。

優選地，為了更好的實現極冷極熱過程，選用散熱快的紫銅或銅鋁合金制作回收盒。

優選地，所述飛片沖擊速度范圍為2.1～2.9km/s。

優選地，所述輕氣炮為二級輕氣炮，二級輕氣炮包括兩個氣室，引爆一級氣室中的炸藥，推動活塞平穩壓縮二級氣室中的輕質氣體，達到預定壓強使膜片破裂，驅動飛片以一定的速度撞擊回收盒。

優選地，在步驟s5中，使用拋光機和砂紙將鈮鋁合金表面的雜質磨掉。

優選地，所述回收盒包括臺座和螺旋蓋，臺座表面內凹形成樣品倉；螺旋蓋包括相連的螺紋段和支撐段，螺紋段的直徑大于支撐段的直徑，樣品倉包括與支撐段直徑相同的第一倉以及與螺紋段螺紋配合的第二倉，第一倉的深度大于支撐段的長度。

優選地，所述螺紋段的頂部開設有直線溝槽。

本發明的有益效果是：

1、本發明所提供的一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，利用鈮鋁合金制備為放熱反應的特點，結合沖擊壓縮輕氣炮沖擊壓縮加載時間快、壓力分布均勻、產品顆粒度細和燒結性能好等優點，可在數十至數百納秒時間內產生高溫高壓制備鈮鋁合金，大大減少制備時間。

2、本方法只使用鋁粉和鈮粉，沒有添加其他物質，并且在沖擊壓縮前進行了預壓處理，使制備過程中沒有副產物氣體或粉末生成，有利于環境保護。

3、由于本方法對壓片的孔隙度沒有要求，在壓片過程中不需要使用成型助劑或特殊的高壓力壓機，操作簡單。

附圖說明

圖1是本發明沖擊壓縮制備鈮鋁合金時輕氣炮與回收盒的位置關系圖。

圖2是本發明回收盒的結構示意圖。

圖3是實施例一中2.52km/s沖擊速度下合成的鈮鋁合金x射線衍射圖譜。

圖4是實施例二中2.60km/s沖擊速度下合成的鈮鋁合金x射線衍射圖譜。

附圖標記說明：1、臺座；11、第一倉；12、第二倉；2、螺旋蓋；21、螺紋段；22、支撐段；23、直線溝槽。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明：

如圖1所示，本發明提供的一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，利用輕氣炮和回收盒制備鈮鋁合金，當壓片預壓成功并放入回收裝置后，將靶室關閉，抽取真空；隨后引爆炸藥，使飛片以一定速度撞擊回收盒，產生的沖擊波對壓片做功，合成鈮鋁合金。

輕氣炮可選用二級輕氣炮，二級輕氣炮包括兩個氣室，引爆一級氣室中的炸藥，推動活塞平穩壓縮二級氣室中的輕質氣體，達到預定壓強使膜片破裂，驅動彈托和飛片以一定的速度從炮管飛出撞擊回收盒。

圖2為回收盒的結構示意圖，回收盒包括臺座1和螺旋蓋2，為了避免稀疏波的影響，臺座1和螺旋蓋2由同一材料制成，臺座1整體為圓柱形，可降低制作難度，螺旋蓋2包括相連的圓柱形的螺紋段21和圓柱形的支撐段22，螺紋段21的直徑大于支撐段22的直徑，螺紋段21的外圓周面上開設有螺紋，螺旋蓋2的頂部開設有直線溝槽23，便于安裝和拆卸。

臺座1表面內凹形成樣品倉，臺座1開設的樣品倉包括連通的第一倉11和第二倉12，第二倉12的內圓周面上開設有螺紋，并且第二倉12與螺紋段21螺紋配合。第一倉11與支撐段22直徑相同，第一倉11的深度大于支撐段22的長度，螺旋蓋2安裝在樣品倉內時，第一倉11底部始終有部分空間空出來，該部分空間可用于放置壓片。當壓片的厚度與預留的尺寸不一致時，可通過轉動螺旋蓋進行調節，固定壓片。

為了保證在回收盒放入壓片后沒有空隙，回收盒中第一倉11的直徑與壓機模具的尺寸一致。由于飛片沖擊時具有較大的動量，需要將回收盒放在大質量鋼架中，保證樣品有充分的合成時間。臺座的底部較薄，在沖擊壓縮制備時，將回收盒底部既臺座的底部對準炮管口。

實施例一

一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，產用銅制作的上述回收盒，包括以下步驟：

s1、將純度均為99.95％、顆粒度為325目的鋁粉與鈮粉按40:60的質量百分比在手套箱中攪拌混合三十分鐘，使粉末混合均勻；

s2、在手套箱中將混合均勻的粉末按照1.53g稱量，放入壓片機模具中，使用壓片機將粉末預壓成片；

s3、在手套箱中將壓片放入第一倉并擰緊螺旋蓋，隨后將回收盒放入大質量鋼架中，確保回收盒底部中心與炮管口中心對齊；

s4、使用二級輕氣炮，引爆炸藥，壓縮二級氣室中輕質氣體，使飛片以2.5km/s的速度撞擊回收盒，產生的沖擊波對壓片進行沖擊壓縮做功，形成高溫高壓環境，制備得到鈮鋁合金；

s5、使用車床將帶有銅皮的鈮鋁合金從回收盒取出，使用拋光機和砂紙將鈮鋁合金表面的銅磨掉。

反應生成了的鈮鋁合金的x射線衍射曲線如圖2中連續曲線所示。任何一種物質都有其特定的衍射花樣，圖2中的豎線為已證實的鈮鋁合金的x射線衍射圖譜，其衍射花樣和本實施例中反應生成了的鈮鋁合金的x射線衍射峰吻合，說明該樣品為鈮鋁合金。

實施例二

一種沖擊壓縮制備鈮鋁合金的方法，產用銅制作的上述回收盒，包括以下步驟：

s1、將純度均為99.95％、顆粒度為325目的鋁粉與鈮粉按40:60的質量百分比在手套箱中攪拌混合三十分鐘，使粉末混合均勻；

s2、在手套箱中將混合均勻的粉末按照1.45g稱量，放入壓片機模具中，使用壓片機將粉末預壓成片；

s3、在手套箱中將壓片放入第一倉并擰緊螺旋蓋，隨后將回收盒放入大質量鋼架中，確保回收盒底部中心與炮管口中心對齊；

s4、使用二級輕氣炮，引爆炸藥，壓縮二級氣室中輕質氣體，使飛片以2.6km/s的速度撞擊回收盒，產生的沖擊波對壓片進行沖擊壓縮做功，形成高溫高壓環境，制備得到鈮鋁合金；

s5、使用車床將帶有銅皮的鈮鋁合金從回收盒取出，使用拋光機和砂紙將鈮鋁合金表面的銅磨掉。

反應生成了的鈮鋁合金的x射線衍射曲線如圖3中連續曲線所示。圖3中的豎線為已證實的鈮鋁合金的x射線衍射圖譜，其衍射花樣和本實施例中反應生成了的鈮鋁合金的x射線衍射峰吻合，說明該樣品為鈮鋁合金。

本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。