[发明专利]一种抗高温氧化性的γ基钛铝合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗高温氧化性的γ基钛铝合金材料及其制备方法。

背景技术

γTiAl基合金具有低比重、高蠕变抗力等优点，作为一种新型轻质高温合金已越来越引起各国科学界和工业界人士的关注，与传统钛合金和镍基高温合金相比，它在性能上有明显优势。作为航空航天材料，已成为世界范围内研究的热门课题。目前，研制出的高温钛合金的使用温度可达500～600℃，人们期待的γTiAl基合金的使用温度更高，尽管γ钛铝基合金在高温氧化性能方面高于一般的钛合金及高温不锈钢材料，但其表面不能形成致密的保护性Al2O3膜，不能满足高温下的使用要求，因此，钛合金的氧化或氧脆成为影响其热稳定性的主要因素，其抗高温氧化能力的提高是目前急需解决的问题。

此外，γ钛铝基合金作为一种金属间化合物，存在着一些性能上的缺陷，如室温脆性和较差的成形性能(包括冷、热加工性能和铸造性能)。而目前γ钛铝基合金的制造方法主要采用的就是精密铸造和热锻方法，因而，用钛铝合金制造的产品性能及种类受到了很大的限制。而采用粉末冶金方法则可以解决铸造及锻造钛铝合金所存在的问题。首先，粉末冶金方法可一次制出净成形产品，解决了加工困难问题并提高了原料的利用率。第二，在粉末法中通过对粉末的处理可以使成分、粒度的均匀性和晶体细化达到很高水平，这就解决了铸态法所面临的问题。第三，通过粉末冶金方法，可以以单质或合金粉末为原料，任意调整合金元素的比例，并保证成分均匀。目前采用粉末冶金方法制备钛铝合金有一些研究报道，但通常采用混合粉末热等静压或真空烧结等工艺方法制造。采用机械合金化及放电等离子烧结工艺制造具有抗高温氧化性能的γTiAl基合金还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服常规的铸、锻、真空烧结工艺等制造γ钛铝合金的诸多缺点，提供一种抗高温氧化性的γ基钛铝合金材料及其制备方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种抗高温氧化性的γ基钛铝合金材料，其特征是采用的粉末成分为：TiH2，Al，Si，Nb，制备的合金成分范围为：TiH2 39.8-49.8％(at)，Al 45-48％(at)，Si 0.2-0.3％(at)，Nb 5-12％(at)。

用于权利要求1所述的抗高温氧化性的γ基钛铝合金材料的制备方法，其特征是按以下步骤进行：

第一步，粉末混合：按成分配比配制的粉末首先在球磨罐中进行高能球磨，球磨机转速为360r/min，球料比为10∶1，球磨时间为30～40小时，粉末的称量配制及球磨过程均在氩气保护下进行；

第二步，放电等离子烧结：将高能球磨后的粉末进行放电等离子烧结，烧结炉真空度为10×10-3Pa，烧结温度为1000～1200℃，升温速度为50～80℃/min，烧结时间5～10分钟，轴向压力30～35MPa，采用石墨模具，保温后随炉冷却至室温。

本发明的有益效果：

采用机械合金化方法，即通过高能球磨首先获得包括纳米级晶粒、非晶态及部分TiAl金属间化合物的混合粉末，然后对经球磨预合金化的粉末进行放电等离子烧结，在很短的烧结时间内获得组织细小的TiAl基合金。与常规的铸、锻及粉末真空烧结工艺制造同样的合金组织相比，制备的TiAl基合金组织细小、成分均匀，密度高，且在1000℃长时间高温氧化下性能优异。

附图说明

图1(a)是TiH₂-45Al-0.2Si-5Nb球磨5小时粉末的扫描电镜形貌；

图1(b)是TiH₂-45Al-0.2Si-5Nb球磨30小时粉末的扫描电镜形貌；

图1(c)是TiH₂-45Al-0.2Si-5Nb球磨35小时粉末的扫描电镜形貌；

图1(d)是TiH₂-45Al-0.2Si-5Nb球磨40小时粉末的扫描电镜形貌；

图2(a)是TiH₂-45Al-0.2Si-5Nb球磨35小时粉末的TEM形貌

图2(b)是TiH₂-45Al-0.2Si-5Nb球磨40小时粉末的电子衍射花样

图3(a)是TiH₂-45Al-0.2Si-7Nb球磨5小时粉末的扫描电镜形貌；

图3(b)是TiH₂-45Al-0.2Si-7Nb球磨40小时粉末的扫描电镜形貌；

图3(c)是TiH₂-45Al-0.2Si-7Nb球磨35小时粉末的TEM形貌和电子衍射花样；