[发明专利]用于通过烧结粉末制造钛铝物部件的组合物、以及使用该组合物的制造方法

说明书

本发明涉及一种组合物(10)，其用于烧结以制造含钛铝基合金的部件，所述组合物包含钛铝基的合金粉末(11)和添加粉末，所述添加粉末包含金属铝粉末(12)和金属钛粉末(13)的混合物。根据本发明，所述组合物包含0.5重量％～5重量％的添加粉末。本发明还涉及使用这类组合物制造含钛铝物的部件的方法。

背景技术

本发明涉及制造钛铝基(base d’aluminures de titane)合金部件的方法的一般领域。本发明更具体地但不限于制造用于航空的部件。

现在，钛铝基合金用于航空领域，特别是因为它们表现出降低涡轮发动机中等发热的部分中的机载重量的优点。特别地，这些合金通常表现出约4g/cm³的平均密度，且它们构成传统的镍基合金(具有约8.5g/cm³的平均密度)的可行的替代品。它们良好的机械性能和它们能经受不超过750℃的温度下的氧化的能力使得它们成为例如制造飞机涡轮发动机中的低压涡轮叶片的候选选择。

这样的由钛铝基合金制成的部件传统上通过浇铸制造，因此导致部件机械加工时与去除材料相关的额外费用。

为了降低生产费用的目的，采用粉末冶金的技术构成传统浇铸技术的有利的替代。然而，这些技术涉及在非常高的温度下进行烧结的步骤，这在实际应用中会有限制。此外，通过粉末冶金获得的部件的密度在特定应用中有时会不足够。

例如，当想要达到钛铝基合金如TiAl 48-2-2的粉末的完全烧结(稠密度大于95％)时，需要在接近合金的熔化温度、即约1455℃的温度下工作。在实践中，对于烧结，用法通常是在1380℃～1450℃的范围的温度下进行，这使得该制造方法在能源方面非常昂贵。还有，用于烧结这种粉末的工具如调温炉需要在接近其使用极限的温度下操作，这会减短其寿命且增加维护费用。

本发明的目的和内容

因此，本发明的主要目的是通过提供一种用于烧结制造含钛铝基合金的部件的组合物来减轻这些缺陷，该组合物包含钛铝基合金的粉末和添加粉末，所述添加粉末包含金属铝粉末和金属钛粉末的混合物。

本发明的组合物能显著地降低烧结所需的能量，与使用的烧结技术无关。具体而言，在温度上升过程中，组合物中的添加粉末以分布在组合物中的局部热点的形式递送能量。

当组合物的温度接近金属铝的熔化温度(约660℃)时，金属铝颗粒开始熔化，且金属铝和金属钛之间的形成钛铝物(un aluminure de titane)的化学反应开始进行。该化学反应为放热的、并将能量以热的形式递送至组合物，这可以通过改变添加至组合物中的添加粉末的量进行控制。该能量的递送能使合金粉末早些、如从660℃开始烧结，而通常在900℃～1000℃的范围开始烧结。因此，当达到烧结温度水平时，组合物的致密化已提前进行，由此在烧结结束时能获得更高致密度的部件。

组合物中的这些原位热点的存在还起到降低烧结温度水平的作用。因此，我们限制了所用的加热手段的退降和进行烧结所需的能量(加热手段的例示可包括：调温炉、激光器、电子束、等离子体加热等)。此外，烧结温度水平的下降能使得达到该水平所需的时间减少，因此能减少整个烧结循环的持续时间。

通过使用本发明的组合物，能量在组合物内以均匀的方式原位递送。不同于现有技术的组合物，其通常是通过从外部向内部扩散而被加热，本发明的组合物的温度在组合物各处同时且以均匀的方式增加，尤其是因为铝和钛之间的放热反应。因此，当使用本发明的组合物时，烧结更加均匀。

自660℃开始金属铝颗粒的熔化也起到保持组合物的结构的作用，组合物的结构通常在烧结之前形成(例如，通过使用有机粘合剂和注射/模塑法、或者压缩)。具体而言，液化的铝颗粒也有助于使颗粒包围其周围，增加组合物内各种元素的相互扩散，因此达到组合物的“预烧结”。上述预烧结还起到将烧结步骤中可能发生的组合物的变形减至最小，液体铝因此起到粘接其他颗粒的反应性金属粘合剂的作用。