[發明專利]粘結劑、TiAl合金渦輪的注射成形制備方法及制品

有效

• 申請號: 202010119468.8
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111266571B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 路新;潘宇;劉艷軍;劉博文;張策;徐偉;楊芳;曲選輝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/22;B22F3/10;B22F5/04;C22C14/00;C22C32/00
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發明提供了一種粘結劑、TiAl合金渦輪的注射成形制備方法及制品。該粘結劑包括以體積百分比計的組成成分：石蠟50～70％，高密度聚乙烯3～15％，聚丙烯5～10％，硬脂酸5～10％，硅酮樹脂5～17％。本發明中的粘結劑將低熔點、高分解溫度骨架劑組元硅酮樹脂加入傳統蠟基粘結劑體系進行改進，賦予渦輪坯體強保形能力，同時硅酮樹脂在高溫分解過程中會與TiAl基體發生原位反應，生成細小彌散分布的Ti₂AlC和Ti₅Si₃增強相，進而有效提高TiAl合金渦輪的力學性能。

技術領域

本發明涉及粉末冶金技術領域，具體涉及一種粘結劑、TiAl合金渦輪的注射成形制備方法及制品。

背景技術

渦輪增壓技術是實現汽車工業節能減排最為有效的手段之一。該技術是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪又壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量和調整發動機的轉速，從而增加發動機的輸出功率。增壓器渦輪是核心零部件，其性能直接決定了發動機的節能減排效果。長期以來精密鑄造法一直是增壓器渦輪的主要成形方法，但由于在鑄造過程中容易產生夾雜、疏松、晶粒粗大和成分偏析等缺陷，嚴重限制了渦輪壽命的提高。近年來，諸多發達國家利用金屬粉末注射成形進行增壓器渦輪制備，該技術能夠克服精密鑄造過程中的鑄造缺陷，實現復雜形狀零部件的批量化、近凈成形制備，且制備的樣件尺寸精度高、組織均勻、性能優異。

渦輪材料隨著增壓器技術的快速發展也不斷更新換代。最初的柴油機增壓器渦輪普遍采用20Cr3MoWV(A)，后隨著輕量化、小型化、高轉速增壓器的發展，該材料逐漸被Inconel713類鎳基高溫合金替代。但是該種材料也存在很大局限性，如因渦輪質量大，導致響應性較差，葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩，渦輪出現“滯后響應”等問題。因此，增壓渦輪材料的輕量化成為目前提高發動機性能的重要途徑之一。而TiAl基合金具有輕質、高強、耐熱等特點，服役溫度可達700℃以上，用于制備增壓渦輪較鎳基高溫合金可實現減重40～50％，顯著提高增壓渦輪發動機的加速響應性，減少發動機起動和變速時的排放污染，在發動機所用的新一代高溫結構材料中顯示出替代傳統鎳基高溫合金的巨大潛力。

然而發動機增壓器用TiAl合金粉末注射成形制備方法也存在一些問題。石蠟基粘結劑是目前研究時間最長，工藝最成熟的一種粘結劑體系，將其用于注射成形TiAl合金增壓器渦輪的制備時，由于增壓渦輪尺寸偏大，尤其是渦輪中心部分和葉片部分厚度十分不均勻，在脫脂的第二階段熱脫脂過程中，當承擔骨架劑的粘結劑組元完全脫除后，由于熱脫脂階段結束的溫度和脫脂坯預燒結形成燒結頸的溫度相差太大，粉粒間較弱的范德華作用力將導致脫脂坯無法保持形狀至燒結頸形成階段，造成渦輪脫脂坯在熱脫脂過程中塌陷，因此這是目前發動機增壓器用TiAl合金粉末注射成形制備工藝中存在的一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種粘結劑、TiAl合金渦輪的注射成形制備方法及制品，該用于TiAl基合金粉末注射成形的粘結劑將低熔點、高分解溫度骨架劑組元硅酮樹脂加入傳統蠟基粘結劑體系進行改進，賦予渦輪坯體強保形能力，同時硅酮樹脂在高溫分解過程中會與TiAl基體發生原位反應，生成細小彌散分布的Ti₂AlC和Ti₅Si₃增強相，進而有效提高TiAl合金渦輪的力學性能，以解決現有技術中采用傳統粘結劑導致的渦輪脫脂坯在熱脫脂過程中塌陷的技術問題。

為了實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供了一種粘結劑。

該粘結劑包括以體積百分比計的組成成分：石蠟50～70％，高密度聚乙烯3～15％，聚丙烯5～10％，硬脂酸5～10％，硅酮樹脂5～17％。

為了實現上述目的，根據本發明的第二方面，提供了一種TiAl合金渦輪的注射成形制備方法。