[发明专利]一种新型高压压气机以及低压涡轮叶片材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种新型高压压气机以及低压涡轮叶片材料，属于金属复合材料领域。

背景技术

高压压气机以及低压涡轮叶片常用的材料是普通镍基高温合金，该镍基合金高温强度高、耐高温烧蚀但是密度较大，不利于发动机减重和推重比的提高。TiAl基合金密度低，弹性模量高，综合性能指标优于传统高温合金，韧性又高于普通的陶瓷材料，在航空航天材料中展现出令人瞩目的发展前景，成为新一代高温材料的代表之一，被视为高推重比先进军用飞机发动机高压压气机及低压涡轮叶片的首选材料。欧美和日本等国运用先进的工艺方法，已相继研发出高压压气机叶片等零部件，并已交付发动机装配测试。但是TiAl基合金有两个不足，限制了其应用和推广。一方面是该类合金的室温脆性、难变形加工，另一方面则是850℃以上的抗氧化性不足。

为了解决上述问题，在TiAl合金中，加入了高熔点Nb、Cr、Mo元素，提高了合金的熔点和有序温度，从而使合金的使用温度达到900℃以上，使得该体系合金具有代替镍基合金的潜能。同时采用新的制备方法，特别是新的制备方法中的爆炸压缩环节，可以细化该材料的内部晶粒，从而提高了该材料的机械加工性能。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种新的新型高压压气机以及低压涡轮叶片材料及其制备方法，使得叶片的重量可以下降到原来的1/3，减轻了发动机重量，从而提高了发动机的推重比。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种新型高压压气机以及低压涡轮叶片材料，所述材料的成分的质量百分比表示如下：A1：45.0％～46.0％，Nb：4.0％～5.0％，Mo：0.6～1.0％，Cr：0.5～1.0％，其余量为Ti。

其制备方法为：

(1)将粒度为200目、纯度为99.99％的铝、铌、钼、铬和钛粉按照上述比例混合。

(2)将步骤(1)中混合好的粉末放入球磨机中，进行高能球磨，球料比为10：1，转速为300r/min，在氩气保护环境下球磨20h。使粉末中各类粒子在被撞击、挤压的过程中，变形、破碎、冷焊，在细化晶粒的同时，相互包围，产生非平衡合金相，形成过饱和固溶体随着球磨时间的增加。

(3)将球磨后的混合粉末(5)装入直径20mm的钢筒(4)中，略微压实后达到理论密度的50％，并密封筒口。外层用乳化炸药(3)包裹，置于塑料药筒(2)中，并在顶端插入雷管(1)。点燃雷管(1)，从顶端引爆炸药后，产生自上而下以爆速传播的柱面聚合激波，压力可以达到6.77GPa。混合粉末(5)间剧烈碰撞、挤压、摩擦，包裹着颗粒表面熔化焊接在一起，形成了致密的复合材料。

(4)后续扩散烧结：将爆炸烧结后的复合材料再次进行1000℃的固相烧结，时间为1h左右，进一步提高压实体的密度。从而制得所需的新型高压压气机以及低压涡轮叶片材料。

本发明有益效果：本发明最大的特点是生产一种新型高压压气机以及低压涡轮叶片材料，并提供了一种全新的制备方法，该材料具有较好的耐高温能力，密度低，内部晶粒细密，并具有良好可加工性能。

附图说明

图1为该材料爆炸复合环节安装示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种新型高压压气机以及低压涡轮叶片材料，所述材料的成分的质量百分比表示如下：Al：45.0％～46.0％，Nb：4.0％～5.0％，Mo：0.6～1.0％，Cr：0.5～1.0％，其余量为Ti。

(1)将粒度为200目、纯度为99.99％的铝、铌、钼、铬和钛粉按照上述比例混合。

(2)将步骤(1)中混合好的粉末放入球磨机中，进行高能球磨，球料比为10：1，转速为300r/min，在氩气保护下球磨20h。使粉末中各类粒子在被撞击、挤压的过程中，变形、破碎、冷焊，在细化晶粒的同时，相互包围，产生非平衡合金相，形成过饱和固溶体随着球磨时间的增加。

(3)将球磨后的混合粉末(5)装入直径20mm的钢筒(4)中，略微压实后达到理论密度的50％，并密封筒口。外层用乳化炸药(3)包裹，置于塑料药筒(2)中，并在顶端插入雷管(1)。点燃雷管(1)，从顶端引爆炸药后，产生自上而下以爆速传播的柱面聚合激波，压力可以达到6.77GPa。混合粉末(5)间剧烈碰撞、挤压、摩擦，包裹着颗粒表面熔化焊接在一起，形成了致密的复合材料。