一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，制備的高鈮TiAl系金屬間化合物可替代鎳基高溫合金等材料用于制造航空航天領(lǐng)域的先進(jìn)飛行器的耐熱結(jié)構(gòu)部件，可獲得50％左右的輕質(zhì)化效果，屬于航空航天耐熱材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的制備的高鈮TiAl系金屬間化合物的力學(xué)性能σb≮800MPa，δ5≮1.0％，在1100℃下，其力學(xué)性能：σb≮70MPa，δ5≮8.0％；通過(guò)此工藝制備的高鈮TiAl系金屬間化合物的內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到GJB1580A的A級(jí)水平；通過(guò)此工藝制備的高鈮TiAl系金屬間化合物的致密度超過(guò)理論密度的99％。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高鈮TiAI系金屬間化合物的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，制備的高鈮TiAl系金屬間化合物可替代鎳基高溫合金等材料用于制造航空航天領(lǐng)域的先進(jìn)飛行器的耐熱結(jié)構(gòu)部件，可獲得50%左右的輕質(zhì)化效果，屬于航空航天耐熱材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]高鈮TiAl系金屬間化合物的密度在4.0g/cm3左右，在900~1000°C左右具有優(yōu)越的高溫性能，可以在這個(gè)溫度區(qū)間成為鎳基高溫合金或合金鋼的替代材料，從而使該部件的質(zhì)量降低50%左右。國(guó)內(nèi)外對(duì)高鈮TiAl系金屬間化合物開(kāi)展了廣泛的研究，但大多集中在高鈮TiAl系金屬間化合物的合金化、熔煉、鑄造及鍛造等方面。由于高鈮TiAl系金屬間化合物的合金化程度較高，容易出現(xiàn)成分及微觀組織偏析，進(jìn)而帶來(lái)使用性能可靠性的降低，阻礙其在航空航天領(lǐng)域的工程化應(yīng)用。
[0003]粉末冶金工藝在改善材料性能方面具有廣泛的用途?，F(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)在高鈮TiAl系金屬間化合物粉末預(yù)處理技術(shù)、高鈮TiAl系金屬間化合物粉末真空封裝技術(shù)以及高鈮TiAl系金屬間化合物微觀組織控制技術(shù)等方面的研究，制備出組織均勻、材料致密的高鈮TiAl系金屬間化合物材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了提出一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，該方法能夠使高鈮TiAl系金屬間化合物具有細(xì)小、均勻的微觀組織，并具備較好的綜合力學(xué)性能。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明的一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，該化合物中鈮元素的摩爾含量不小于5% ;以高鈮TiAl系金屬間化合物預(yù)合金粉末為原材料，具體步驟為:
[0007]I)通過(guò)球磨細(xì)化粉末的粒度，提高粉末表面的活性；
[0008]2)將粉末裝入低碳鋼包套中，并在一定溫度下對(duì)包套抽真空；
[0009]3 )對(duì)抽真空后的包套進(jìn)行熱等靜壓致密化處理；
[0010]4)去除低碳鋼包套；
[0011]5)將獲得的高鈮TiAl系金屬間化合物毛坯放入石英玻璃包套中，進(jìn)行固溶時(shí)效處理，即可得到具有綜合力學(xué)性能的高鈮TiAl系金屬間化合物材料。
[0012]有益效果
[0013]本發(fā)明的制備的高鈮TiAl系金屬間化合物(以T1-45A1_8.5Nb-(ff, B, Y)為例)的力學(xué)性能 σ≮800MPa, δ≮ 51.0%，在 1100°C 下，其力學(xué)性能:σ b≮70MPa，δ 5 ≮8.0%；通過(guò)此工藝制備的高鈮TiAl系金屬間化合物的內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到GJB1580A的A級(jí)水平；通過(guò)此工藝制備的高鈮TiAl系金屬間化合物的致密度超過(guò)理論密度的99%。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0014]圖1為T(mén)iAl系金屬間化合物的金相結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例1
[0017]一種高性能粉末冶金高鈮TiAl系金屬間化合物Τ?-45Α1-8.5Nb-0.2ff-0.3Β_0.02Y (at%)(下面簡(jiǎn)稱(chēng)為 Τ?-45Α1-8.5Nb-(W, B, Y))的制造方法，包括以下步驟:
[0018](I)將T1-45Al-8.5Nb_ (ff, B, Y)預(yù)合金粉末和金剛石球磨球一起裝入鈦合金球磨罐中，并充入氬氣和氫氣的混合氣體，比例在8:1 (體積比例)，在室溫下球磨時(shí)間60h。
[0019](2)將球磨后的T1-45A1_8.5Nb-(ff, B, Y)粉末在振動(dòng)的條件下裝入低碳鋼包套中，并焊接除氣管，將除氣管連接到真空機(jī)組上進(jìn)行抽真空。抽真空的工藝為:在室溫下除氣時(shí)間2h，待包套內(nèi)真空度優(yōu)于3X 10_3Pa后，將包套升溫至260°C，保溫3h，待包套內(nèi)真空度優(yōu)于4X10_3Pa后，將包套升溫至680°C，保溫時(shí)間12h，待包套內(nèi)真空度優(yōu)于lX10_3Pa后，人工鍛封除氣管，切斷除氣管后用氬弧焊機(jī)封閉除氣管。
[0020](3)將包套放入熱等靜壓機(jī)中進(jìn)行熱等靜壓致密化，熱等靜壓工藝為:1280±15°C，4h，壓力為150MPa。熱等靜壓后即可獲得粉末冶金Ti_45Al_8.5Nb-(ff, B, Y)材料壓坯。
[0021](4)用車(chē)加工的方法去除T1-45A1_8.5Nb-(ff, B, Y)壓坯外部的低碳鋼包套，獲得高鈮TiAl系金屬間化合物毛坯。
[0022](5)將T1-45Al-8.5Nb_(W，B，Y)毛坯裝入石英玻璃包套中，并充入氬氣，壓力為5MPa，然后將玻璃包套放入加熱爐中進(jìn)行熱處理。熱處理制度為:第一步，升溫至1420°C，保溫時(shí)間為60min，然后油淬至室溫；第二步，升溫至980°C，保溫時(shí)間為48h，最后隨爐自然冷卻，即可得到具有細(xì)小前片層組織的T1-45Al-8.5Nb-(ff, B, Y)材料，其金相結(jié)構(gòu)如圖1所示；其室溫力學(xué)性能按照GB228-2002進(jìn)行測(cè)試，共進(jìn)行三次試驗(yàn)，第一次測(cè)試的拉伸強(qiáng)度為810MPa，屈服強(qiáng)度為760MPa，延伸率為1.2%，面縮率為2.5% ；
[0023]第二次測(cè)試的拉伸強(qiáng)度為827MPa，屈服強(qiáng)度為786MPa，延伸率為1.0%，面縮率為
2.0% ；
[0024]第三次測(cè)試的拉伸強(qiáng)度為815MPa，屈服強(qiáng)度為755MPa，延伸率為1.1%，面縮率為
2.3%。
【權(quán)利要求】
1.一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，其特征在于步驟為: 1)將高鈮鋁化鈦預(yù)合金粉進(jìn)行球磨； 2)將步驟I)球磨后的高鈮鋁化鈦預(yù)合金粉裝入低碳鋼包套中，并對(duì)低碳鋼包套抽真空； 3)將步驟2)中的低碳鋼包套進(jìn)行熱等靜壓致密化處理，得到材料壓坯； 4)去除步驟3)得到的材料壓坯外面的低碳鋼包套，得到高鈮TiAl系金屬間化合物毛坯； 5)將步驟4)得到的高鈮TiAl系金屬間化合物毛坯放入石英玻璃包套中，進(jìn)行固溶處理，得到高鈮TiAl系金屬間化合物材料，其中鈮的摩爾含量不小于5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，其特征在于:步驟I)中球磨時(shí)使用鈦合金球磨罐，并借助金剛石對(duì)高鈮鋁化鈦預(yù)合金粉進(jìn)行球磨，且鈦合金球磨罐中充入體積比為8:1的氬氣和氫氣的混合氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，其特征在于:步驟2)中對(duì)低碳鋼包套進(jìn)行抽真空的工藝為:在室溫下除氣2h，待低碳鋼包套內(nèi)真空度優(yōu)于3X10_3Pa后，將低碳鋼包套升溫至260°C，保溫3h，待低碳鋼包套內(nèi)真空度優(yōu)于4X IO-3Pa后，將低碳鋼包套升溫至680°C，保溫時(shí)間12h，最后使低碳鋼包套內(nèi)的真空度優(yōu)于 IXlO-3Pa0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，其特征在于:步驟3)中對(duì)低碳鋼包套進(jìn)行熱等靜壓致密化處理的工藝為:溫度為1280°C，壓力為150MPa，時(shí)間為4h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，其特征在于:步驟4)中用車(chē)加工的方法去除低碳鋼包套。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鈮TiAl系金屬間化合物的制備方法，其特征在于:步驟5)中固溶處理的過(guò)程為:石英玻璃包套中充入氬氣，壓力為5MPa，然后將石英玻璃包套放入加熱爐中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為:第一步，升溫至1420°C，保溫時(shí)間為60min，然后油淬至室溫；第二步，升溫至980°C，保溫時(shí)間為48h，最后隨爐自然冷卻。
【文檔編號(hào)】C22F1/18GK103469135SQ201310414717
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】郎澤保, 王亮, 蘆振剛, 王 鋒, 史金靚 申請(qǐng)人:航天材料及工藝研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院