[发明专利]一种高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法

权利要求书

1.一种高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法，其特征在于，工艺步骤如下：

(1)制备真空自耗电极电弧凝壳炉用钛基复合材料电极：

利用粉末冶金工艺制备钛基复合材料电极，钛基复合材料成分：Al 5.5～6.8％、V 0.8～2.5％、Mo 0.5～2.0％、Zr 1.5～2.5％、Fe 0～0.30％、Si 0～0.15％、C 0.5～1.5％、B2.5～6.7％、N 0～0.05％、H 0～0.015％、O 0～0.12％、余量为Ti；

(2)制备石墨铸型；

(3)制备等离子喷涂粉末原料：

取7～9％粒度45μm～75μm的氧化钇粉、9～11％粒度45μm～75μm氧化钙粉、1～3％粒度45μm～75μm氧化铝粉、余量采用粒度45μm～75μm氧化锆粉，混合均匀后球磨3～4小时；采用高温电弧熔炼的方法对所得粉料进行高温熔炼，熔炼温度1800℃～3000℃，所得材料再进行球化造粒，制得45μm粉末；

(4)石墨铸型表面喷涂耐火涂层：

利用等离子喷涂技术，将制备好的喷涂粉末喷涂到石墨铸型表面；

(5)石墨铸型真空除气后，按照铸型组型装配要求进行装配组合；

(6)熔炼和浇注：

将组合好的铸型放置于真空自耗凝壳熔炼炉中进行真空离心浇铸。

2.按照权利要求1所述高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法，其特征在于，步骤(1)中，利用粉末冶金工艺制备钛基复合材料电极的工艺过程如下：

(a)真空混料：将所需钛合金粉末、B₄C粉末混合放入混料罐中，抽真空，设置罐磨机转速和混料时间，使粉料混合均匀，混合好的粉料灌入金属包套中；

(b)包套真空焊封：将灌好粉料的金属包套的真空度抽至1×10^-2Pa以下，采用钨极氩弧焊机将包套封闭焊接；

(c)热等静压冶金结合：将封装好的金属包套通过热等静压工艺处理，使其充分冶金结合，得到电极锭；

(d)包套去除：用机械加工方法将电极锭的金属包套加工去掉，然后用酸液浸泡，通过腐蚀去除残余的包套材料；

(e)电极制备：将处理好的电极锭焊接成为真空自耗电极电弧凝壳炉使用的电极。

3.按照权利要求1所述高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法，其特征在于：步骤(3)中，取8wt.％粒度45μm～75μm的氧化钇粉、10％粒度45μm～75μm氧化钙粉、2％粒度45μm～75μm氧化铝粉、80％粒度45μm～75μm氧化锆粉混合均匀后球磨3～4小时；采用高温电弧熔炼的方法对所得粉料进行高温熔炼，熔炼温度1800℃～3000℃，所得材料再进行球化造粒，制得45μm粉末。

4.按照权利要求1所述高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法，其特征在于：步骤(4)中，耐火涂层厚度控制在0.10mm～0.25mm。

5.按照权利要求1所述高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法，其特征在于：步骤(5)中，将石墨铸型和金属型芯放置于真空除气炉中进行真空除气；抽真空到≤5×10^-1Pa，加热到850℃，保温2小时后炉冷到30℃～200℃出炉。

6.按照权利要求1所述高体积分数钛基复合材料精密成形铸造方法，其特征在于：步骤(6)中，将组合好的铸型放置于真空自耗凝壳熔炼炉中进行真空离心浇铸，并将钛基复合材料自耗电极放入真空自耗电极电弧凝壳炉中，自耗电极与坩埚内壁间隙为30mm～100mm，启动真空泵，抽真空至≤10^-1Pa后，进行熔炼，电压38-40V，电流12000A～18000A；冷却水压0.4MPa，坩埚进口水温19℃，坩埚出口水温38℃；采用真空离心浇注工艺向铸型内浇注钛合金液体，离心转速100转/分～300转/分。