[發明專利]一種鈦鋁基金屬間化合物材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210450088.1
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114959358B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 宋曉雷;郝志康;夏紀政;黃浩軒;段振鑫;韓英;陳華
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/047;B22F3/14;B22F3/20
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

本發明的一種鈦鋁基金屬間化合物材料及其制備方法屬于金屬材料技術領域。AlCoCrFeNi合金顆粒以近球狀、線條狀及點狀形態均勻分布于Ti?47Al?2Cr?2Nb基體，制備方法主要包括金屬粉末的混合、真空熱壓燒結、包套擠壓處理等步驟。與現有技術相比，本發明制備的金屬間化合物材料高溫抗拉強度未見明顯下降，高溫塑性則大幅度提升，有利于該金屬間化合物材料的加工成型，且本發明提供的方法具有生產工藝簡單、成本低、易于實現工業化等優點，制備的鈦鋁基金屬間化合物，其組織結構和力學性能穩定，可作為結構材料應用于航空航天、汽車工業等領域。

技術領域

本發明屬于金屬材料技術領域，涉及一種具有優異高溫強塑性的鈦鋁基金屬間化合物材料及其制備方法。

背景技術

隨著航空航天及汽車工業的不斷發展，對發動機渦輪葉片、排氣閥等熱端部件的材料提出了越來越高的要求，所用材料需滿足耐高溫、抗氧化、輕質高強等優良性能。鈦鋁基金屬間化合物具有密度低、熔點高、彈性模量高、抗氧化能力好及抗蠕變性能強等優點，是符合上述實際需求的潛力材料。但鈦鋁基金屬間化合物的本征脆性使其難以通過冷加工來成形，即便是在高溫條件下，由于塑性有限，其可加工性也難以與鋁合金、鈦合金等材料相媲美，這嚴重阻礙了這一潛力合金材料在工業中的廣泛應用。因此，制備出一種能夠保證高溫強度的同時，兼具高溫塑性好、高溫可加工性能優異等優點的鈦鋁基金屬間化合物，極具戰略價值。

發明內容

本發明提供了一種具有優異高溫強塑性的鈦鋁基金屬間化合物材料及其制備方法，得到了具有低密度、高致密度的鈦鋁基高溫合金材料。

一種鈦鋁基金屬間化合物材料，特征在于，AlCoCrFeNi合金顆粒以近球狀、線條狀及點狀形態均勻分布于Ti-47Al-2Cr-2Nb基體，其中近球狀顆粒尺寸為20～150μm，線條狀顆粒長度為3～30μm，點狀顆粒尺寸為0.5～3μm；其中AlCoCrFeNi合金顆粒的質量百分比為2～8％，優選為4～6％；余量為Ti-47Al-2Cr-2Nb基體；所述鈦鋁基金屬間化合物密度為3.8～4.0g/cm³，致密度大于99％。

一種鈦鋁基金屬間化合物材料的制備方法，有以下步驟：

步驟一?金屬粉末的混合

按設定質量比稱取Ti-47Al-2Cr-2Nb粉末和AlCoCrFeNi粉末；將兩者加入混料機中混合均勻，得到混合金屬粉末；

步驟二?真空熱壓燒結

將步驟一所得混合金屬粉末加入石墨模具中，進行真空熱壓燒結，得到燒結塊體；

步驟三?包套擠壓處理

對步驟二所得燒結塊體進行包套擠壓處理，得到具有優異高溫塑性的鈦鋁基金屬間化合物。

作為優選，在步驟一中所用原料Ti-47Al-2Cr-2Nb預合金粉末的粒度范圍為20～100μm，由γ-TiAl相和α₂-Ti₃Al相組成，所用原料AlCoCrFeNi高熵合金粉末的粒度范圍為6.5～145μm，由BCC相和B2相組成。

作為優選，在步驟二中，所述真空熱壓燒結，真空度低于5×10^-3Pa。

作為優選，在步驟二中，升溫速率為5-10℃/min，燒結壓力為25～40MPa，燒結溫度為1200～1250℃，燒結時間為30～120min；燒結完成后樣品隨爐冷卻至室溫。

作為優選，在步驟三中，所述包套擠壓處理是將燒結樣品表面簡單打磨后放入內徑為20mm的45#鋼鋼管中進行包套擠壓處理，處理溫度為1100℃，應變速率為1×10^-5-5×10^-5s^-1，擠壓變形量8-12％。

本發明有以下有益效果：