[发明专利]一种高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，属于轻质高温结构材料技术领域。

背景技术

高铌TiAl系金属间化合物的密度在4.0g/cm³左右，在900～1000℃左右具有优越的高温性能，可以在这个温度区间成为镍基高温合金或合金钢的替代材料，从而使该部件的质量降低50％左右。国内外对高铌TiAl系金属间化合物开展了广泛的研究，但大多集中在高铌TiAl系金属间化合物的合金化、熔炼、铸造及锻造等方面。由于高铌TiAl系金属间化合物的合金化程度较高，容易出现成分及微观组织偏析，进而带来使用性能可靠性的降低，阻碍其在航空航天领域的工程化应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，该方法能够使高铌TiAl系金属间化合物具有细小、均匀的微观组织，材料致密度高，保证其具备优异的综合力学性能。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(一)、将高铌TiAl系金属间化合物预合金粉末和金刚石球磨球一起装入钛合金球磨罐中，并充入氩气和氢气的混合气体，在室温下球磨48～72h；

步骤(二)、将球磨后的粉末装入包套中，并在设定的温度下对包套抽真空；

步骤(三)、对抽真空后的包套进行热等静压致密化处理，工艺条件为：温度1250～1300℃，保温时间3～4h，压力≥130MPa；

步骤(四)、去除包套；

步骤(五)、将得到的高铌TiAl系金属间化合物毛坯放入石英玻璃包套中，进行固溶处理，即可得到高铌TiAl系金属间化合物材料，其中固溶处理的具体方法为：

将石英玻璃包套中充入氩气或氦气，压力为5～10MPa，然后将石英玻璃包套放入加热炉中进行热处理，热处理制度为：温度1320～1400℃，保温45～60min，冷却至室温后，再次升温至950～1000℃，保温48～60h，之后随炉冷却。

在上述高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的制备方法中，步骤(一)中充入的氩气和氢气的体积比为8：1～10：1。

在上述高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的制备方法中，步骤(二)中的包套为钛合金包套或低碳钢包套。

在上述高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的制备方法中，步骤(二)中对包套抽真空的工艺条件为：在室温下除气时间≥1h，然后将包套升温至250～300℃，保温2～3h，待包套内真空度数值小于4×10^－3Pa后，将包套升温至600～700℃，保温时间≥6h，待包套内真空度数值小于3×10^－3Pa后封闭包套。

在上述高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的制备方法中，步骤(五)中热处理过程中的冷却方式为油淬冷却或空冷。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明通过球磨细化粉末的粒度，提高粉末表面的活性，对获得的高铌TiAl系金属间化合物毛坯在石英玻璃包套中进行固溶处理，并对固溶处理的工艺条件进行优化设计，同时结合对包套抽真空及热等静压处理，制备得到的TiAl系金属间化合物组织均匀、材料致密，且具有优异的力学性能，力学性能达到：σ_b≥800MPa，δ≥1.0％，在1100℃下，其力学性能：σ_b≥70MPa，δ≥8.0％；

(2)、本发明通过对球磨过程中两种保护气体的配比及球磨工艺进行优化，防止粉末在球磨过程中发生氧化，减小粒度分布广带来的成分偏析，提高粉末表面的活性，确保热等静压后材料微观组织的各向同性；

(3)、本发明对包套抽真空及热等静压处理的工艺条件进行优化设计，使得制备得到的高铌TiAl系金属间化合物的内部质量达到GJB1580A的A级水平，且高铌TiAl系金属间化合物的致密度超过理论密度的99％；

(4)、本发明制备的高铌TiAl系金属间化合物可替代镍基高温合金等材料用于制造航空航天领域的先进飞行器的耐热结构部件，可获得50％左右的轻质化效果。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的金相组织图；

图2为本发明实施例2制备得到的高性能粉末冶金高铌TiAl系金属间化合物的金相组织图。