[發明專利]一種用真空壓力浸滲法制備Ti2AlNb合金的方法

有效

• 申請號: 201410032194.3
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103710554A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 李愛濱;范國華;陳銳;譚振斌;耿林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/00
• 分類號: C22C1/00;C22C14/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種Ti₂AlNb合金的制備方法。

背景技術

Ti₂AlNb合金具有低密度、優異的斷裂韌性、高溫比強度和比剛度、高溫抗蠕變、抗氧化性能和低熱膨脹系數等優點，被視為有助于航空發動機通過結構減重實現性能提升的理想輕比重高溫結構材料，是繼γ-TiAl、α₂-Ti3Al基合金后，又一研究熱點。

通常，制備Ti₂AlNb合金采用鑄造熔煉方法。熔煉過程中，由于Nb元素比重大并且熔點高易于偏析，相反，Al元素比重小、熔點低易于揮發，導致熔煉的合金鑄錠成分不準、元素分布不均；另外，Ti₂AlNb合金較高的熔煉溫度導致澆注時較大的溫度梯度，因此集中縮孔易于在合金凝固過程中產生；同時，由于Al的揮發以及高化學活性Ti會與各種氣體發生反應，因此分散的氣孔和夾雜在凝固組織中的存在也比較容易。集中縮孔、氣孔和夾雜等缺陷將為后續的熱加工帶來很多困難。因此，對熔煉得到鑄錠進行熱等靜壓、鍛造或者熱機械處理等方法消除合金內部缺陷。

發明內容

本發明的目的是首先解決鑄造熔煉方法中Nb和Al元素分布不均的問題，通過采用低能球磨混粉和真空壓力浸滲法制備出成分均勻的Ti₂AlNb合金；

其次解決鑄造熔煉的高熔煉溫度導致的縮孔、氣孔和夾雜等缺陷，通過采用相對較低的浸滲溫度、一定的浸滲壓力和加入一定量的稀土元素Y，可以有效提高材料的致密度，且避免鑄態組織缺陷的產生和省去后續致密工序。

本發明的一種用真空壓力浸滲法制備Ti₂AlNb合金的方法，是按照以下步驟進行的：

一、按質量百分含量分別稱取50.1%～56.5%的純Ti粉、22.5%～24.4%的Nb粉和21.0%～25.5%的Al-Y稀土合金塊體，其中，所述的Al-Y合金中Y的質量百分含量為4%～6%；其中，純Ti粉的粒度為100～160μm，Nb粉的粒度為15～30μm；

二、將步驟一稱取的純Ti粉和Nb粉進行低能球磨，收集球磨后的Ti粉和Nb粉，混合均勻后，得鈦和鈮的復合粉體，并將其堆積到鋼模具中；其中，低能球磨的球料比為2～8:1、球磨轉速為80～150r/min、球磨時間為1～6h；

三、將步驟一稱取的稀土鋁合金Al-Y塊體置于步驟二鋼模具內的鈦和鈮的復合粉體上，再將鋼模具放入真空熱壓燒結爐中，抽真空后，加熱到Al-Y合金的熔化溫度800～1000℃，進行浸滲，其中浸滲壓力為60～100MPa，浸滲時間為10～30min，浸滲結束后將壓力降至20～50MPa后，保溫保壓2～8h，即得Ti₂AlNb合金。

本發明包含以下有益效果：

本發明可以避免鑄造熔煉方法中Nb和Al元素分布不均和氣孔和夾雜等內部缺陷問題。本發明采用真空壓力浸滲法通過鋁合金熔體向Ti-Al-Nb復合粉體制備出致密均勻的Ti₂AlNb合金，不需要后續的熱等靜壓、鍛造或者熱機械處理等方法消除合金內部缺陷。工藝簡單，操作容易，制備周期短，制作成本低，具有巨大的市場前景。

本發明的Ti₂AlNb合金拉伸性能見表1所示。

表1Ti₂AlNb合金拉伸性能

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的一種用真空壓力浸滲法制備Ti₂AlNb合金的方法，是按照以下步驟進行的：

一、按質量百分含量分別稱取50.1%～56.5%的純Ti粉、22.5%～24.4%的Nb粉和21.0%～25.5%的Al-Y稀土合金塊體，其中，所述的Al-Y合金中Y的質量百分含量為4%～6%；其中，純Ti粉的粒度為100～160μm，Nb粉的粒度為15～30μm；

二、將步驟一稱取的純Ti粉和Nb粉進行低能球磨，收集球磨后的Ti粉和Nb粉，混合均勻后，得鈦和鈮的復合粉體，并將其堆積到鋼模具中；其中，低能球磨的球料比為2～8:1、球磨轉速為80～150r/min、球磨時間為1～6h；