[發明專利]一種Ti?Al?Nb系金屬間化合物高溫結構材料

有效

• 申請號: 201610210201.3
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105695799B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 朱郎平;李建崇;魏戰雷;羅倩;南海
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C30/00;C22C1/03
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發明是一種Ti-Al-Nb系金屬間化合物高溫結構材料，屬于材料技術領域。

背景技術

隨著航空發動機性能不斷提高，對高溫材料的性能提出了更高的要求，即更高的強度、抗氧化性能及更小的密度等。TiAl系金屬間化合物具有低密度、較高彈性模量以及良好的高溫強度、抗蠕變和抗氧化能力，在航空發動機材料領域具有很大的應用潛力，正在發展成為新一代航空發動機材料，可用于制造壓氣機、燃氣渦輪機葉片、葉盤等各種高溫結構件，部分替代鎳基高溫合金殼，可減重達30～50％。

TiAlNb合金屬于一種TiAl金屬間化合物，其在γ-TiAl合金的基礎上降低Al元素含量，同時提高Nb元素含量，從而提高了合金的塑性及加工性能，具有高比強度、低密度、高的熱傳導率、高的抗氧化能力及較好的抗蠕變性，使用溫度可望達到700℃以上，用于航空、航天、汽車工業耐熱構件、特別是形狀復雜薄壁的構件的成形，可得到無余量或近無余量的精密復雜構件，大幅度減少金屬損耗，提高材料的利用率，減少大量機加工，大幅度降低生產成本。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術狀況而設計提供了一種Ti-Al-Nb系金屬間化合物高溫結構材料，其目的是在現有技術基礎上，使該材料具有較低的密度，并具有更高的室溫塑性及強度，而且具有很好的抗蠕變性能。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種Ti-Al-Nb系金屬間化合物高溫結構材料，其特征在于：該金屬間化合物的化學成分和重量百分比為：Al 20.0～30.0％，Nb 20.0～30.0％，Mo、V、W、Ta或Zr中的一個或兩個組合0.5～1.95％，Si、C中的一個或兩個組合0.4～1.0％，余量為Ti。

在上述技術方案的基礎上，本發明對化學成分的重量百分比又進行了細化和限定，其內容如下：

該金屬間化合物的化學成分和重量百分比為：Al 20.0～30.0％，Nb20.0～30.0％，Mo 0.5～1％，Si 0.5～1.0％，余量為Ti。

該金屬間化合物的化學成分和重量百分比為：Al 20.0～30.0％，Nb20.0～30.0％，W 1～1.95％，Si、C中的一個或兩個組合0.4～0.8％，余量為Ti。

該金屬間化合物的化學成分和重量百分比為：Al 20.0～30.0％，Nb20.0～30.0％，Ta 1～1.95％，Si、C中的一個或兩個組合0.4～0.8％，余量為Ti。

該金屬間化合物的化學成分和重量百分比為：Al 20.0～30.0％，Nb20.0～30.0％，Mo 0.1～0.5％，Si、C中的一個或兩個組合0.4～0.8％，余量為Ti。

本發明技術方案的形成是建立在對該種Ti-Al-Nb系金屬間化合物高溫結構材料的研究基礎之上的，根據研究結果，該種Ti-Al-Nb系金屬間化合物高溫結構材料的化學成分可以用Ti-Al-Nb-X1-X2表達式來表示，其中，X1是固溶微量合金元素，所述固溶類合金元素包括Mo、V、W、Ta、Zr中的任意一個或兩個的組合，X2是析出相微量合金元素，所述X2為Si、C中的一種或兩個的組合。研究結果顯示，

該種Ti-Al-Nb系金屬間化合物高溫結構材料熔體在凝固冷卻過程中，Mo、V、W、Ta、Zr等合金元素固溶到Ti-Al-Nb基體當中，改變局部晶格尺寸，從而起到固熔強化作用，提高合金強度，Si、C元素的加入在熔體中析出硅化物及碳化物顆粒相，起到析出相強化作用，提高合金高溫蠕變性能。通過與不添加其它元素的相近成分Ti-Al-Nb合金相比，在延伸率保持基本相同的前提下，其室溫抗拉強度提高50～150MPa，室溫屈服強度提高20～120MPa，700℃高溫抗拉強度提高30～100MPa，700℃高溫蠕變性能提高20％左右。

具體實施方式

以下將結合實施例是對本發明技術方案作進一步地詳述：

以下實施例中使用的金屬為：顆粒狀的海綿鈦，0A級，鋁為顆粒狀的高純鋁豆，高純鋁豆中鋁元素的質量百分比達到99.99％，使用的中間合金為：Al-Nb合金，Ti-Nb合金，Al-Mo合金，Al-V合金和AlSi合金，另外還包括鋯屑、碳粉、鎢粉、鉭粉原料。

實施例1

該Ti-Al-Nb系金屬間化合物高溫結構材料的化學成分和重量百分比為：Al10.84％，Nb42.43％，Mo0.88％，Si0.70％，余量為Ti。