[发明专利]一种用真空压力浸渗法制备Ti2AlNb合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ti₂AlNb合金的制备方法。

背景技术

Ti₂AlNb合金具有低密度、优异的断裂韧性、高温比强度和比刚度、高温抗蠕变、抗氧化性能和低热膨胀系数等优点，被视为有助于航空发动机通过结构减重实现性能提升的理想轻比重高温结构材料，是继γ-TiAl、α₂-Ti3Al基合金后，又一研究热点。

通常，制备Ti₂AlNb合金采用铸造熔炼方法。熔炼过程中，由于Nb元素比重大并且熔点高易于偏析，相反，Al元素比重小、熔点低易于挥发，导致熔炼的合金铸锭成分不准、元素分布不均；另外，Ti₂AlNb合金较高的熔炼温度导致浇注时较大的温度梯度，因此集中缩孔易于在合金凝固过程中产生；同时，由于Al的挥发以及高化学活性Ti会与各种气体发生反应，因此分散的气孔和夹杂在凝固组织中的存在也比较容易。集中缩孔、气孔和夹杂等缺陷将为后续的热加工带来很多困难。因此，对熔炼得到铸锭进行热等静压、锻造或者热机械处理等方法消除合金内部缺陷。

发明内容

本发明的目的是首先解决铸造熔炼方法中Nb和Al元素分布不均的问题，通过采用低能球磨混粉和真空压力浸渗法制备出成分均匀的Ti₂AlNb合金；

其次解决铸造熔炼的高熔炼温度导致的缩孔、气孔和夹杂等缺陷，通过采用相对较低的浸渗温度、一定的浸渗压力和加入一定量的稀土元素Y，可以有效提高材料的致密度，且避免铸态组织缺陷的产生和省去后续致密工序。

本发明的一种用真空压力浸渗法制备Ti₂AlNb合金的方法，是按照以下步骤进行的：

一、按质量百分含量分别称取50.1%～56.5%的纯Ti粉、22.5%～24.4%的Nb粉和21.0%～25.5%的Al-Y稀土合金块体，其中，所述的Al-Y合金中Y的质量百分含量为4%～6%；其中，纯Ti粉的粒度为100～160μm，Nb粉的粒度为15～30μm；

二、将步骤一称取的纯Ti粉和Nb粉进行低能球磨，收集球磨后的Ti粉和Nb粉，混合均匀后，得钛和铌的复合粉体，并将其堆积到钢模具中；其中，低能球磨的球料比为2～8:1、球磨转速为80～150r/min、球磨时间为1～6h；

三、将步骤一称取的稀土铝合金Al-Y块体置于步骤二钢模具内的钛和铌的复合粉体上，再将钢模具放入真空热压烧结炉中，抽真空后，加热到Al-Y合金的熔化温度800～1000℃，进行浸渗，其中浸渗压力为60～100MPa，浸渗时间为10～30min，浸渗结束后将压力降至20～50MPa后，保温保压2～8h，即得Ti₂AlNb合金。

本发明包含以下有益效果：

本发明可以避免铸造熔炼方法中Nb和Al元素分布不均和气孔和夹杂等内部缺陷问题。本发明采用真空压力浸渗法通过铝合金熔体向Ti-Al-Nb复合粉体制备出致密均匀的Ti₂AlNb合金，不需要后续的热等静压、锻造或者热机械处理等方法消除合金内部缺陷。工艺简单，操作容易，制备周期短，制作成本低，具有巨大的市场前景。

本发明的Ti₂AlNb合金拉伸性能见表1所示。

表1Ti₂AlNb合金拉伸性能

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种用真空压力浸渗法制备Ti₂AlNb合金的方法，是按照以下步骤进行的：

一、按质量百分含量分别称取50.1%～56.5%的纯Ti粉、22.5%～24.4%的Nb粉和21.0%～25.5%的Al-Y稀土合金块体，其中，所述的Al-Y合金中Y的质量百分含量为4%～6%；其中，纯Ti粉的粒度为100～160μm，Nb粉的粒度为15～30μm；

二、将步骤一称取的纯Ti粉和Nb粉进行低能球磨，收集球磨后的Ti粉和Nb粉，混合均匀后，得钛和铌的复合粉体，并将其堆积到钢模具中；其中，低能球磨的球料比为2～8:1、球磨转速为80～150r/min、球磨时间为1～6h；