一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末及其制备方法，该稀土改性TiAl合金粉末中稀土元素为Sc和Zr，其中Sc质量百分数为0.1～0.4％，Zr质量百分数为0.1～0.3％。Sc是一种铝合金的变质处理剂，具有较高的活性，Al元素优先与稀土元素反应形成稀土化合物，使Al当量也随之降低，造成形成脆性相的元素减少，脆性相数量得以降低；向含Sc的TiAl合金中再添加Zr，Zr和Sc共同成为变质处理剂，形成A13(Sc1

【技术实现步骤摘要】
一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末及其制备方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，尤其是一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末及其制备方法。

技术介绍

[0002]增材制造技术是快速成型技术的一种，是一种以三维模型为基础，运用金属粉末或者塑料等可粘合材料，通过逐层扫描，层层堆垛的方式来构造出立体三维零件的技术。增材制造技术结合了计算机辅助设计(Computer Aided Design)/计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing)、光学、数控及材料科学等各类学科，应用领域非常广泛，在珠宝、医疗、鞋类、工业设计、建筑、航空航天、汽车、教育等都有应用前景。
[0003]TiAl合金属于金属间化合物材料，密度是镍基高温合金的一半，并且有高熔点、高比强度、高比模量、高抗氧化抗蠕变等优异性能，是一种可取代部分高温合金、应用于航空航天等热端部件的新型轻质高温结构材料。但是，由于TiAl合金室温脆性导致TiAl合金室温塑性低，严重阻碍了TiAl基合金的实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末及其制备方法，用于克服现有技术中TiAl合金粉末材料增材制造成型件室温塑性低等缺陷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末，所述稀土改性TiAl合金粉末中稀土元素为Sc和Zr，其中Sc质量百分数为0.1～0.4％，Zr质量百分数为0.1～0.3％。
[0006]为实现上述目的，本专利技术还提出一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末的制备方法，包括：
[0007]S1：选取TiAl合金，并按质量百分数称取0.1～0.3％的Zr单质、0.1～0.4％的Sc元素对应的Al
‑
Sc中间合金，对所述TiAl合金、Zr单质和Al
‑
Sc中间合金进行预处理；
[0008]S2：采用TiAl合金雾化工艺对所述TiAl合金进行熔炼，并在所述熔炼过程中加入所述Zr单质和Al
‑
Sc中间合金，待TiAl合金、Zr单质和Al
‑
Sc中间合金熔炼混合后进行雾化，获得粉体；
[0009]S3：按增材制造粉末要求对所述粉体进行分级，获得粒径在15～53μm的稀土改性TiAl合金粉末。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
[0011]1、本专利技术提供的稀土改性TiAl合金粉末中稀土元素为Sc和Zr，其中Sc质量百分数为0.1～0.4％，Zr质量百分数为0.1～0.3％。稀土元素Sc是一种铝合金的变质处理剂，具有较高的活性，Al元素优先与稀土元素反应形成稀土化合物，使Al当量也随之降低，造成形成脆性相的元素减少，脆性相数量得以降低。另一方面，稀土化合物的优先生成，能减小形核壁垒，成为异质形核核心，增加形核率，进一步细化晶粒。此外，形成的稀土相在基体弥散分
布，可以阻止晶粒长大，使其保持细小的晶粒组织，从而改善了TiAl合金的综合力学性能。同时，向含Sc的TiAl合金中再添加一些过渡金属Zr，Zr元素和Sc元素共同成为变质处理剂，Zr可以与Al和Sc形成A13(Sc1
‑
xZrx)粒子，该粒子可有效提高合金性能，而且Zr元素的添加也可减少Sc元素的添加量，从而降低材料成本。
[0012]2、本专利技术提供的稀土改性TiAl合金粉末中稀土元素掺杂量较低，因此在增材制造中，可沿用原有TiAl粉末材料增材制造工艺参数进行加工，对成型件的致密度和表面粗糙度无影响，无需重新进行工艺探索。
[0013]3、本专利技术提供的稀土改性TiAl合金粉末适用于增材制造技术，增材制造过程是一个快速凝固过程，稀土元素能最大程度固溶，晶粒细化效果更加显著，使得成型件具有更优异的综合力学性能。
[0014]4、本专利技术提供的用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末的制备方法工艺简单，成本低，适用于大批量生产。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术提供的用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末的制备方法流程图。
[0017]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0020]无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
[0021]本专利技术提出一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末，所述稀土改性TiAl合金粉末中稀土元素为Sc和Zr，其中Sc质量百分数为0.1～0.4％，Zr质量百分数为0.1～0.3％。
[0022]优选地，所述稀土元素Sc和Zr的质量百分比为2:1。稀土元素Sc是一种铝合金的变质处理剂，具有较高的活性，Al元素优先与稀土元素反应形成稀土化合物，使Al当量也随之降低，造成形成脆性相的元素减少，脆性相数量得以降低。另一方面，稀土化合物的优先生成，能减小形核壁垒，成为异质形核核心，增加形核率，进一步细化晶粒。此外，形成的稀土相在基体弥散分布，可以阻止晶粒长大，使其保持细小的晶粒组织，从而改善了TiAl合金的综合力学性能。同时，向含Sc的TiAl合金中再添加一些过渡金属Zr，Zr元素和Sc元素共同成为变质处理剂，Zr可以与Al和Sc形成A13(Sc1
‑
xZrx)粒子，该粒子可有效提高合金性能，而
且Zr元素的添加也可减少Sc元素的添加量，从而降低材料成本。
[0023]优选地，所述稀土改性TiAl合金粉末中TiAl合金为Ti
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48Al
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2Cr
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2Nb、Ti
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43.5Al
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4Nb
‑
1Mo
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0.1B和Ti
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45Al
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8Nb中的一种。
[0024]本专利技术还提出一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末的制备方法，如图1所示，包括：
[0025]S1：选取TiAl合金，并按质量百分数称取0.1～0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末，其特征在于，所述稀土改性TiAl合金粉末中稀土元素为Sc和Zr，其中Sc质量百分数为0.1～0.4％，Zr质量百分数为0.1～0.3％。2.如权利要求1所述的用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末，其特征在于，所述稀土元素Sc和Zr的质量百分比为2:1。3.如权利要求1所述的用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末，其特征在于，所述稀土改性TiAl合金粉末中TiAl合金为Ti
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48Al
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2Cr
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2Nb、Ti
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43.5Al
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4Nb
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1Mo
‑
0.1B和Ti
‑
45Al
‑
8Nb中的一种。4.一种用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末的制备方法，其特征在于，包括：S1：选取TiAl合金，并按质量百分数称取0.1～0.3％的Zr单质、0.1～0.4％的Sc元素对应的Al
‑
Sc中间合金，对所述TiAl合金、Zr单质和Al
‑
Sc中间合金进行预处理；S2：采用TiAl合金雾化工艺对所述TiAl合金进行熔炼，并在所述熔炼过程中加入所述Zr单质和Al
‑
Sc中间合金，待TiAl合金、Zr单质和Al
‑
Sc中间合金熔炼混合后进行雾化，获得粉体；S3：按增材制造粉末要求对所述粉体进行分级，获得粒径在15～53μm的稀土改性TiAl合金粉末。5.如权利要求4所述的用于增材制造的稀土改性TiAl合金粉末的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述预处理具体为：对所述TiAl合金、Zr单质和Al
‑
Sc中间合金进行去氧化膜、超声洗涤，之后在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓阳丕，曹玄扬，李晓庚，宰雄飞，周朝辉，
申请(专利权)人：长沙新材料产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：