本發(fā)明屬于鈦合金，特別是亞穩(wěn)β鈦合金的制備，具體采用等離子體技術(shù)制備短流亞穩(wěn)鈦合金的方法。
背景技術(shù)：
1、金屬合金廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、電子設(shè)備等領(lǐng)域，在金屬合金的制備中，為了提高材料的強(qiáng)度和韌性，通常采用添加合金元素、熱處理、冷加工等方法。例如，通過添加鉬、鉻等元素可以提高合金的耐熱性和抗氧化性；通過熱處理可以改變合金的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高其強(qiáng)度和韌性；通過冷加工可以細(xì)化合金的晶粒，從而提高其強(qiáng)度。盡管現(xiàn)有的金屬合金處理技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)材料的強(qiáng)化和性能優(yōu)化，但仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。首先，現(xiàn)有的金屬合金制備技術(shù)在提高材料的強(qiáng)度和韌性方面存在局限性。并且制備方法復(fù)雜，流程較長(zhǎng)，難以大規(guī)模應(yīng)用。
2、鈦及鈦合金因具有低密度、高比強(qiáng)度、優(yōu)良的疲勞性能、耐腐蝕等優(yōu)異性能，成為重要的結(jié)構(gòu)材料。亞穩(wěn)β鈦合金主要由β相固溶體以及少量平衡α相組成，具有最高的強(qiáng)化效應(yīng)，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度，淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，滿足高強(qiáng)度的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)的亞穩(wěn)鈦合金制備方法通常包括熔煉、鑄造、鍛造、軋制等多個(gè)步驟，這些步驟不僅耗時(shí)耗力，而且難以精確控制合金的成分和組織結(jié)構(gòu)，從而影響鈦合金的最終性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種短流程亞穩(wěn)鈦合金及其制備方法，該方法利用等離子體技術(shù)，結(jié)合離心霧化、粉末篩分、熱處理及板材制備等工藝，通過優(yōu)化制備工藝，縮短流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本技術(shù)方案主要采用如下的技術(shù)手段：
3、一種短流程亞穩(wěn)鈦合金的制備方法，包括以下步驟：
4、（1）原料準(zhǔn)備：選取鈦合金原料，該原料包含至少一種β相穩(wěn)定元素，如mo、zr或nb，以滿足亞穩(wěn)鈦合金的成分要求；
5、（2）等離子體熔煉：在惰性氣體保護(hù)的密閉容器中，利用高頻等離子體發(fā)生器，其工作頻率在20~50?khz之間，產(chǎn)生高溫等離子體，將鈦合金原料熔化成液態(tài)，熔煉溫度控制在1500~2500℃之間；
6、（3）離心霧化：將熔化的鈦合金液體通過噴嘴高速噴入旋轉(zhuǎn)的離心室中，離心室的轉(zhuǎn)速控制在1500~3000?rpm之間，噴嘴的直徑為0.5?~2?mm，利用離心力將液態(tài)鈦合金霧化成微小液滴，形成粒度分布均勻的球形鈦合金粉末，粉末的平均粒徑控制在30?~100?μm之間；
7、（4）粉末篩分與收集：將霧化得到的鈦合金粉末進(jìn)行篩分，去除粒徑小于10μm或大于150μm的顆粒，得到粒度10μm~150μm間更加均勻的球形鈦合金粉末；
8、（5）熱處理：將篩分后的球形鈦合金粉末進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度控制在900~1100℃之間，保溫時(shí)間為1~4小時(shí)，隨后進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理溫度控制在400~600℃之間，保溫時(shí)間為4~8小時(shí)，以優(yōu)化合金的組織結(jié)構(gòu)和性能；
9、（6）板材制備：將熱處理后的鈦合金粉末通過粉末冶金方法，如熱壓燒結(jié)或熱等靜壓，制備成板材，燒結(jié)溫度控制在1200~1800℃之間，壓力控制在30~60?mpa之間，保溫時(shí)間為1~2.5小時(shí)。
10、步驟（1）中，所述鈦合金原料的具體成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：mo為10%至20%，zr為3%至8%，nb為0-2%，余量為ti，以及可能的微量合金化元素，如fe、al、v，總量不超過5%。
11、步驟（2）中，所述惰性氣體為氬氣和/或氦氣，所述惰性氣體保護(hù)的密閉容器內(nèi)的氧氣含量低于0.05%，以確保鈦合金原料在熔煉過程中不被氧化。
12、步驟（4）中，所述粉末篩分與收集步驟中，采用振動(dòng)篩或氣流分級(jí)機(jī)進(jìn)行篩分，以確保粉末的粒度均勻性。
13、步驟（6）中，所述板材制備步驟中，通過調(diào)整燒結(jié)溫度、壓力和保溫時(shí)間，可以制備出厚度在1?mm至5?mm之間，且性能滿足航空、航天、石油、化工等領(lǐng)域高強(qiáng)度、高耐蝕性要求的鈦合金板材。
14、所得板材具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，其抗拉強(qiáng)度不低于900?mpa，屈服強(qiáng)度不低于800?mpa，且在3.5%nacl溶液中的腐蝕速率低于0.05?mm/年。
15、本發(fā)明的有益效果為：
16、（1）工藝流程短：本發(fā)明采用等離子體熔煉和離心霧化技術(shù)，將鈦合金原料直接熔化成液態(tài)并霧化成粉末，省去了傳統(tǒng)的鑄錠開坯鍛造和多火次多道次熱軋等復(fù)雜工序，顯著縮短了工藝流程。
17、（2）產(chǎn)品質(zhì)量高：等離子體的高溫可以確保原料快速且均勻地熔化，避免與容器壁的化學(xué)反應(yīng)，提高鈦合金的純度。同時(shí)，離心霧化技術(shù)可以制備出粒度均勻、球形度高的鈦合金粉末，為制備高質(zhì)量板材提供了基礎(chǔ)。
18、（3）生產(chǎn)效率高：本發(fā)明有利于采用自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，由于工藝流程短，減少了能耗和生產(chǎn)成本。
19、（4）應(yīng)用前景廣闊：制備的短流亞穩(wěn)鈦合金板材具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，可用于航空、航天、石油、化工等領(lǐng)域的高強(qiáng)度、高耐蝕性要求的應(yīng)用場(chǎng)景。
1.一種短流程亞穩(wěn)鈦合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述鈦合金原料的具體成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：mo為10%至20%，zr為3%至8%，nb為0-2%，余量為ti，以及微量合金化元素，且fe、al、v的總量不超過5%。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述惰性氣體為氬氣和/或氦氣，所述惰性氣體保護(hù)的密閉容器內(nèi)的氧氣含量低于0.05%。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，高頻等離子體發(fā)生器的工作頻率在20~50khz之間；熔煉的溫度控制在1500~2500℃之間。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，離心室的轉(zhuǎn)速控制在1500~3000?rpm之間，噴嘴的直徑為0.5?~2?mm。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（4）中，所述粉末篩分與收集步驟中，采用振動(dòng)篩或氣流分級(jí)機(jī)進(jìn)行篩分。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（5）中，固溶處理的溫度控制在900~1100℃之間，保溫時(shí)間為1~4小時(shí)；時(shí)效處理的溫度控制在400~600℃之間，保溫時(shí)間為4~8小時(shí)。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（6）中，所得板材的厚度在1?mm至5mm之間，所述粉末冶金方法為熱壓燒結(jié)或熱等靜壓。
9.一種短流程亞穩(wěn)鈦合金，其特征在于，是通過權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述制備方法制得的，抗拉強(qiáng)度不低于900mpa，屈服強(qiáng)度不低于800mpa，且在3.5%?nacl溶液中的腐蝕速率低于0.05mm/年。