添加石墨烯改善TiAl合金性能的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改善TiAl合金性能的方法。
【背景技術】
[0002]TiAl合金具有密度低、比強度高、比剛度高，以及良好的高溫抗氧化、抗蠕變性能，是一種非常有潛力的輕質(zhì)高溫結構材料，是航空航天發(fā)動機零部件的優(yōu)選材料。但TiAl合金耐磨性差、700°C以上抗氧化性不足及力學性能差等問題等阻礙TiAl合金的實用化。工件的磨損和氧化總是從表面開始，表面的失效往往會導致整個零件的損壞。作為結構材料的TiAl合金，進一步提高TiAl合金的強度而不損害TiAl合金的塑性，一直是研宄人員的主攻方向。石墨烯目前是世界上最薄但卻是最硬的納米材料，單層石墨烯厚度僅為0.3354nm，但比表面積卻高達2630m2/g，強度為130Gpa，楊氏模量為llOOGpa，斷裂強度高達125Gpa，是各種材料的理想增強體，將其添加到TiAl合金中制備TiAl基復合材料，是提高TiAl合金強度的較優(yōu)解決方法。因此，如果能將石墨烯添加到TiAl合金中，并保持其原始形態(tài)，并均勻分布將對改善TiAl合金的耐磨性、抗氧化性及力學性能等具有十分重要的意義。
[0003]TiAl預合金粉具有組織和成分均勻，氧等雜質(zhì)含量低，適合作為原料制備TiAl合金。本發(fā)明采用將石墨烯加入到TiAl預合金粉中，均勻混合后，再通過致密化處理，制備出含石墨烯的TiAl合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有TiAl合金耐磨性差、700°C以上抗氧化性不足及力學性能差等問題。而提供添加石墨稀改善TiAl合金性能的方法。
[0005]添加石墨稀改善TiAl合金性能的方法，具體是按以下步驟完成的:
[0006]一、TiAl預合金粉末準備:稱取粒徑為0.5μπι?325 μπι的名義化學式為T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10) X (at % )的 TiAl 預合金粉末；
[0007]步驟一中所述的T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10)X(at% )中 X 為 Mo、Cr、Nb、V、S1、Fe、Zr、Mn、B、W和Y中的一種或其中幾種的混合；
[0008]步驟一中所述的名義化學為T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預合金粉末是通過惰性氣體霧化技術或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術制備的；
[0009]二、制備含石墨烯的TiAl混合粉:
[0010]將步驟一中稱取的粒徑為0.5 μπι?325 μπι的名義化學式為Ti_(40?50)Al-(0.1?10)X(at % )的TiAl預合金粉末和石墨稀粉末加入到混粉機中，在惰性氣體保護下和混粉轉(zhuǎn)速為10r/min?300r/min的條件下混粉，每次混粉0.5h?2.5h，停止混粉5min?20min，直至總的混粉時間為2h?50h，停止混粉，得到石墨稀均勾分布的TiAl混合粉；
[0011]步驟二中所述的石墨烯粉末與TiAl預合金粉末的質(zhì)量比為(0.0001?0.05):1 ;
[0012]三、致密化處理:將步驟二得到的石墨烯均勻分布的TiAl混合粉進行致密化處理，得到TiAl合金；
[0013]步驟三中所述的致密化處理是經(jīng)熱壓燒結、放電等離子燒結和熱等靜壓中的一種或幾種進行處理的。
[0014]步驟三中所述的致密化處理是經(jīng)熱壓燒結、放電等離子燒結和熱等靜壓中的一種或幾種進行處理的。
[0015]添加石墨稀改善TiAl合金性能的方法，具體是按以下步驟完成的:
[0016]一、原材料準備:稱取粒徑為0.5μπι?325 μπι的名義化學式為Ti_(40?50)Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預合金粉末；
[0017]步驟一中所述的T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10)X(at% )中 X 為 Mo、Cr、Nb、V、S1、Fe、Zr、Mn、B、W和Y中的一種或其中幾種的混合；
[0018]步驟一中所述的名義化學為T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預合金粉末是通過惰性氣體霧化技術或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術制備的；
[0019]二、分散石墨烯:將石墨烯加入到分散劑中，在超聲功率為100W?1500W下超聲分散0.1h?4h，得到分散的石墨烯液體；再將分散的石墨烯液體在溫度為40°C?100°C下干燥0.1h?4h，得到干燥的分散的石墨烯粉末；
[0020]步驟二中所述的分散劑為無水乙醇或丙酮；
[0021]步驟二中所述的石墨稀為一層或多層石墨稀;
[0022]步驟二中所述的石墨烯的質(zhì)量與分散劑的體積比為(0.0Olg?10g):1OOOmL ；
[0023]三、制備含石墨烯的TiAl混合粉:將步驟一中稱取的粒徑為0.5 μπι?325 μπι的名義化學式為T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at %)的TiAl預合金粉末和干燥的分散的石墨稀粉末加入到混粉機中，在惰性氣體保護下、混粉轉(zhuǎn)速為10r/min?300r/min的條件下混粉，每次混粉0.5h?2.5h，停止混粉5min?20min，直至總的混粉時間為2h?50h，停止混粉，得到石墨烯均勻分布的TiAl混合粉；
[0024]步驟三中所述的干燥的分散的石墨烯粉末與TiAl預合金粉末的質(zhì)量比為(0.0001 ?0.05):1 ;
[0025]四、致密化處理:將步驟三中得到的石墨烯均勻分布的TiAl混合粉進行致密化處理，得到TiAl合金；
[0026]步驟四中所述的致密化處理是經(jīng)熱壓燒結、放電等離子燒結和熱等靜壓中的一種或幾種進行處理的。
[0027]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0028]本發(fā)明使用石墨烯與TiAl預合金粉通過機械方法進行混合，制備含石墨烯的TiAl混合粉，然后對混合粉進行致密化處理，制備出含石墨烯的TiAl合金；本發(fā)明機械方法制備的混合粉中石墨烯分散均勻，沒有出現(xiàn)團聚，且細小的片層石墨烯包裹著TiAl預合金粉，形成良好的接觸界面；致密化處理的TiAl合金中部分石墨烯保持原始狀態(tài)，均勻分布；使TiAl合金的耐磨性、抗氧化性及力學性能得到改善。
[0029]本發(fā)明可獲得添加石墨烯改善TiAl合金性能的方法。
[0030]【具體實施方式】一:本實施方式是添加石墨烯改善TiAl合金性能的方法具體是按以下步驟完成的:
[0031]一、TiAl預合金粉末準備:稱取粒徑為0.5μπι?325 μπι的名義化學式為T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10) X (at % )的 TiAl 預合金粉末；
[0032]步驟一中所述的T1-(40 ?50) Al-(0.1 ?10)X(at% )中 X 為 Mo、Cr、Nb、V、S1、Fe、Zr、Mn、B、W和Y中的一種或其中幾種的混合；
[0033]步驟一中所述的名義化學為T1-(40?50) Al-(0.1?10) X (at % )的TiAl預合金粉末是通過惰性氣體霧化技術或等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術制備的；
[0034]二、制備含石墨烯的TiAl混合粉:
[0035]將步驟一中稱取的粒徑為0.5 μπι?325 μπι的名義化學式為Ti_(40?50)Al-(0.1?10)X(at % )的TiAl預合金粉末和石墨稀粉末加入到混粉機中，在惰性氣體保護下和混粉轉(zhuǎn)速為10r/min?300r/min的條件下混粉，每次混粉0.5h?2.5h，停止混粉5min?20min，直至總的混粉時間為2h?50h，停止混粉，得到石墨稀均勾分布的TiAl混合粉；
[0036]步驟二中所述的石墨烯粉末與TiAl預合金粉末的質(zhì)量比為(0.0001?0.05):1 ;
[0037]三、致密化處理:將步驟二得到的石墨烯均勻分布的TiAl混合粉進行致密化處理，得到TiAl合金；
[0038]步驟三中所述的致密化處理是經(jīng)熱壓燒結、放電等離子燒結和熱等靜壓中的一種或幾種進行處理的。
[0039]本實施方式的優(yōu)點:
[0040]本實施方式使用石墨稀與TiAl預合金粉通過機械方法進行混合，制備含石墨稀的TiAl混合粉，然后對混合粉進行致密化處理，制備出含石墨烯的TiAl合金；本實施方式機械方法制備的混合粉中石墨烯分散均勻，沒有出現(xiàn)團聚，且細小的片層石墨烯包裹著TiAl預合金粉，形成良好的接觸界面；致密化處理的TiAl合金中部分石墨烯保持原始狀態(tài)，均勻分布；使TiAl合金的耐磨性、抗氧化性及力學性能得到改善。
[0041]本實施方式可獲得添加石墨烯改善TiAl合金性能的方法。
[0042]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同點是:步驟一中稱取粒徑為0.5 μ???325 μm的名義化學式為T1-(41?44)Al-(4?9)X(at% )的TiAl預合金粉末。其他步驟與【具體實施方式】一相同。
[0043]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同點是:步驟一中