[發明專利]一種復合冷坩堝定向凝固方法及其制備的TiAl基合金構件

有效

• 申請號: 201811366756.2
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109226666B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 丁宏升;張海龍;劉石球;陳瑞潤;郭景杰;傅恒志
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22C3/00
• 分類號: B22C3/00;B22C7/02;B22C9/06;B22D27/02;B22D27/04;B22D27/06;C22C1/03;C22C28/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 劉坤

1.一種用于高活性TiAl基合金的復合冷坩堝定向凝固方法，其特征在于所述方法步驟如下：

步驟一、將金屬原料按原子比Ti–45Al–2Cr–2Nb進行熔煉，制成合金母錠待用；

步驟二、采用溶膠粘結劑法根據合金構件形狀制備鑄型待用；

步驟三、將步驟一得到的合金母錠切割后固定放置于步驟二制備的鑄型內，將合金母錠和鑄型放入定向凝固裝置的電磁冷坩堝腔體內，其中鑄型的下端浸入液態金屬Ga-In冷卻液中；

步驟四、將定向凝固裝置抽真空后返充氬氣；

步驟五、對電磁冷坩堝內的合金母錠進行電磁感應加熱，使合金母錠熔化后保溫2min；在1900～2100K溫度下以0.6～1.2mm/min的速度向下抽拉鑄型，當抽拉距離達到長度要求時，停止抽拉和加熱，降溫后即得定向凝固合金構件。

2.根據權利要求1所述一種用于高活性TiAl基合金的復合冷坩堝定向凝固方法，其特征在于步驟一所述熔煉采用電磁冷坩堝感應熔煉爐進行，具體步驟如下：

(一)按一定原子比準備如下金屬原料：質量純度均為99.99wt.％的高純Ti和Al，質量純度為99.98wt.％的純Cr和Nb質量濃度為60wt.％的Al–Nb中間合金；

(二)將準備好的金屬原料采用一層Ti、一層Al交替鋪料，同時Al–Nb中間合金和Cr持續散落的方式放入冷坩堝，重復2～3次直至將所有原料全部加入冷坩堝內，關閉爐門抽真空至1Pa以下，開始加熱使金屬原料熔化，待物料完全熔化后繼續加熱使熔體保持過熱狀態5min以促進物料均勻混合，關閉電源使熔體冷卻，得到合金母錠。

3.根據權利要求1所述一種用于高活性TiAl基合金的復合冷坩堝定向凝固方法，其特征在于步驟二所述溶膠粘結劑法，具體步驟如下：

(1)模具制備：根據定向凝固構件形狀制備內腔與定向凝固構件形狀一致的鋁模具，利用該模具澆注蠟模；

(2)溶膠配制：將釔溶膠與粒徑為260～325目的Y₂O₃細粉以質量比1:1.5配比混合在一起，攪拌至成為白色均勻溶膠停止；

(3)面層制備：采用機械和人工法將一層溶膠、一層面層Y₂O₃粉均勻涂在蠟模外表面，在一定溫度和濕度下進行干燥，晾干后重復涂溶膠、Y₂O₃粉、干燥和晾干的步驟10次；

(4)背層添加：面層穩定干燥后，采用機械和人工法將一層溶膠、一層粒徑為40～80目的背層Y₂O₃粗粉均勻涂在面層外表面，在一定溫度和濕度下進行干燥，晾干后重復涂溶膠、Y₂O₃粗粉、干燥和晾干的步驟5次；

(5)脫蠟：將干燥爐的溫度升至350～400℃，然后將所制備的鑄型放置于干燥爐腔體內，保溫3～5h至殼體內蠟模全部消失，取出；

(6)燒結：將脫蠟后鑄型放置于高溫燒結爐，以固定升溫速率20℃/min升至800℃后保溫1h，再升至1200℃并保溫1h，最后升至1600℃保溫3h后隨爐冷卻，得到鑄型。

4.根據權利要求3所述一種用于高活性TiAl基合金的復合冷坩堝定向凝固方法，其特征在于步驟(3)所述面層Y₂O₃粉的粒徑為60～100目。

5.根據權利要求3或4所述一種用于高活性TiAl基合金的復合冷坩堝定向凝固方法，其特征在于步驟(3)所述面層的干燥溫度為20～25℃，干燥濕度為60～80％；步驟(4)所述背層的干燥溫度為20～25℃，干燥濕度為30～60％。

6.根據權利要求1所述一種用于高活性TiAl基合金的復合冷坩堝定向凝固方法，其特征在于步驟四所述定向凝固裝置抽真空的真空度為0.05～1Pa，返充氬氣氣壓為300Pa。

7.一種由權利要求1-6任一所述的用于高活性TiAl基合金的復合冷坩堝定向凝固方法制備的TiAl基合金構件。