[發明專利]一種高致密TiAl基合金制備方法

無效

• 申請號: 200710034383.4
• 申請日: 2007-02-05
• 公開（公告）號: CN101240382A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 劉詠;劉彬;張偉;何曉宇
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;B22F3/16;C22C45/10
• 代理公司: 中南大學專利中心
• 代理人: 龔燦凡

技術領域

本發明涉及一種高致密TiAl基合金的制備方法，屬于粉末冶金領域。

背景技術

TiAl基合金的鑄造性能較差，易產生鑄態缺陷，而粉末冶金方法在消除宏觀成分偏析、疏松、縮孔等方面具有明顯優勢，同時粉末冶金方法制備TiAl基合金還具有組織均勻、細小，可實現制件的近終成型，能避免TiAl基合金難以塑性成形與機械加工的困難從而降低生產成本等工藝特點，使得粉末冶金方法成為了制備TiAl基合金的一種很重要的方法。按原材料來分，利用粉末冶金方法制備TiAl基合金可以分為預合金粉方法和元素粉末法。由于Ti的熔點高、活性大，TiAl基合金預合金粉末的制備需嚴格控制工藝，以減少氧、氮等雜質，因此價格十分昂貴。元素粉末法采用元素Ti、Al粉末，不需要昂貴的預合金粉和復雜的工藝設備，可以有效的降低生產成本，同時還可以很方便的添加各種高熔煉合金化元素，通過均勻化混合和高溫反應，可以有效避免成分偏析，這些都使得元素粉末法成為了一種很有發展前景的TiAl基合金制備工藝。

Ti、Al元素粉末在反應制取TiAl基合金時常常伴有體積的大幅度膨脹，采用常規真空燒結所得的孔隙率可到30％～40％，即使采用后序熱等靜壓處理也不能全部消除。由于粉末冶金制品的致密程度對其使用性能有著決定性影響，體積膨脹對后續的加工和使用很不利。目前，為了限制Ti、Al元素粉反應時產生的大幅度體積膨脹，出現了多種制備高致密粉末冶金TiAl基合金的工藝，如熱壓工藝、擠壓與真空燒結、熱等靜壓相結合的工藝及Ceracon準等靜壓工藝等。采用熱壓工藝可以有效抑制粉末Ti、Al在反應過程中的膨脹行為，并在壓力的協助下促進Ti、Al元素粉末的致密化行為，從而能有效消除孔隙，得到高致密度的材料，中南大學劉詠等對元素Ti、Al的熱壓燒結行為做了系統的研究[Processing?TiAl-Based?alloy?by?Elemental?Powder?Metallurgy，Journal?of?MaterialsScience?&?Technology，2000，16(6)，605～610]。擠壓與真空燒結、熱等靜壓相結合的工藝也可有效減少燒結時的體積膨脹效應得到接近全致密的TiAl基合金[Wang?G?X，Dahms?M.Synthesizing?Gamma-TiAl?Alloys?by?Reactive?PowderProcessing.JOM，1993(5)：52～56]，擠壓的目的主要在于破壞Ti、Al顆粒表面的氧化膜，同時通過大的擠壓比使元素Ti、Al在更微觀區域上均勻化混合，從而有利于元素Ti、Al的擴散反應；擠壓后的坯料在平行于擠壓方向的組織形貌為纖維狀，由于Al顆粒被擠成細小纖維，反應完成后留下的孔隙很小，可以通過真空燒結及后續熱等靜壓有效消除。但這種冷擠壓變形方法細化Ti、Al組元尺寸時，必須采用超高擠壓比，(擠壓比為350)，因而該方法在工業上難以實際應用。另外，有人還采用Ceracon準等靜壓工藝獲得了高致密度的TiAl基合金[TaguchiK，Ayada?M，et?al.Near-net?shape?processing?of?TiAl?intermetallic?compounds?ovapscudo?HIP-SHS?route.Intermetallics，1995，3：91～98]，該工藝中當單向應力作用在陶瓷顆粒上時，陶瓷顆粒能作為傳壓介質將壓力均勻傳到壓坯上，壓坯在三向應力(準等靜壓力)的作用下，完成致密化行為。

以上諸多方法的一個共同點就是工藝都較為復雜，成本較高，難以實現工業化生產。

發明內容：本發明的目的在于提供一種成本相對低廉的高致密元素粉末冶金TiAl基合金的制備技術，該技術采用Ti粉、Al粉及其它元素粉末經過低溫控制預燒結+高溫燒結直接制取高致密的TiAl基合金材料。

一種高致密TiAl基合金制備方法，包括：

1、以Ti粉、Al粉和其它微量元素粉末為原料，組分原子配比為50～60％Ti粉，40～50％Al粉，0～10％微量元素粉末；Ti粉的粒徑為20～100μm，Al粉的粒徑為10～100μm，微量元素包括Nb、Mn、C、Si、B、W、Y、Ce、TiB或TiB₂中的一種或者幾種，微量元素粉末的粒徑為20～100μm；

2.原料粉末進行均勻化混合后采用模壓或冷等靜壓冷壓成形制得冷壓坯，模壓成形時壓強為50～600Mpa，冷等靜壓成形時壓強為50～200Mpa；