[发明专利]一种γ-TiAl预合金气雾化制粉电极棒及其制备方法

说明书

本发明提供一种γ‑TiAl预合金气雾化制粉电极棒及其制备方法，属于粉末冶金领域。本发明采用铝粉、海绵钛、微量元素粉、铝铌合中间合金、铝鉬中间合金和铝锰中间等按比例成批次制备小合金包，通过电极压制，能够制备致密度高，满足熔炼要求的TiAl柱形电极坯料。采用真空自耗炉熔炼制备γ‑TiAl合金二次铸锭，通过真空自耗凝壳炉或水冷铜坩埚感应炉制备γ‑TiAl电极棒毛坯，利用热等静压技术闭合电极棒毛坯缩松缩孔等内部缺陷，经过机加处理解决电极棒尺寸精度问题。

技术领域

本发明属于粉末冶金制备技术领域，具体涉及一种γ-TiAl预合金气雾化制粉电极棒及其制备方法。

背景技术

TiAl合金具有低密度、高强度、耐蚀性能好以及具有良好的高温抗氧化性能的优点，是最具有应用潜力的新一代高温结构材料之一，在航空航天、汽车制造等工业领域具有广阔的应用前景。

TiAl合金构件制备技术主要分为铸造、锻造、粉末冶金和3D打印等。其中铸造构件存在成分偏析、组织不均匀、存在冶金缺陷等问题，锻造构件存在合金利用率低，加工成本高的缺陷，而采用粉末冶金或3D打印方法能够解决上述问题。粉末冶金或3D打印技术制备TiAl合金均是以TiAl预合金粉末为原料制备TiAl合金的方法，因此TiAl预合金粉是满足粉末冶金和3D 打印技术制备TiAl合金构件关键，目前制备TiAl预合金粉末有效技术主要有惰性气体雾化法（简称气雾化法）、转盘雾化法以及等离子旋转电极雾化法。

气雾化技术制备的粉末具有纯度高、氧含量低、粉末粒度可控、生产成本低以及球形度高等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。高质量气雾化用TiAl电极棒是利用惰性气体雾化制取高性能TiAl预合金粉的关键环节。气雾化电极棒常规采用锻造法制备，但锻造过程容易产生裂纹缺陷、制造周期长、经济效益低下，对TiAl预合金粉批量制备造成不利影响，较大限制了TiAl合金粉末推广应用。

发明内容

为了解决现有技术存在问题，本发明提供一种γ-TiAl预合金气雾化制粉电极棒，具体包括：铝42～48at%，铌1～9%，鉬0.5～3at%，锰0.5～3at%，微量元素0.1%～0.5%，余量为钛；所述微量元素为B、Y和Ce的一种或两种以上的混合。

进一步地，所述钛为海绵钛；所述铌为铝铌中间合金中含有的铌，所述鉬为铝鉬中间合金中含有的鉬，所述锰为铝锰中间合金中含有的锰；所述铝为铝箔、铝粉、铝豆与铝铌中间合金、铝鉬中间合金、铝锰中间合金中含有铝的总和。

进一步地，所述铝粉质量比占铝含量的5%。

同时本发明还提供一种γ-TiAl预合金气雾化制粉电极棒的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照上述配比准备原材料：按照配比要求利用铝箔制备相同规格合金包，重量分布在2～3Kg。

步骤2，压制电极：在压制模具中均匀布合金包，扣合模具后压制γ-TiAl柱形电极坯料。

步骤3，焊接电极：在氩气保护焊箱中，将γ-TiAl电极坯料利用纯钛焊丝组焊成自耗熔炼电极。

步骤4，真空自耗熔炼制备铸锭：将组焊后熔炼电极利用真空自耗炉熔炼制备直径Ф220mm的γ-TiAl一次铸锭，机加工一次铸锭表面，去除表面反应层；在氩气保护焊箱中，将一次铸锭利用纯钛丝组焊成熔炼电极，使用真空自耗炉熔炼制备直径Ф220mm的γ-TiAl二次铸锭，并将铸锭表面去皮机加工。

步骤5，熔炼浇注：采用高纯石墨模具，利用熔炼设备熔炼γ-TiAl二次铸锭，并浇注制备γ-TiAl气雾化制粉电极棒毛坯。

步骤6，热等静压：将γ-TiAl电极棒毛坯置于热等静压炉中，在的氩气气氛中保温2～4h后随炉冷却出炉。

步骤7，成品加工：对γ-TiAl气雾化制粉电极棒毛坯进行机加工。