TiAl合金陶瓷焊接制件及其一体成形制备方法技术

本发明专利技术提供了一种TiAl合金陶瓷焊接制件及其一体成形制备方法，该制备方法包括以下步骤：制备粉末压坯：选取原料粉末，并利用近终成形技术制得粉末压坯；所述原料粉末采用TiAl合金粉末、烧结活化助剂和粘结剂混合得到；烧结连接：将陶瓷件和粉末压坯进行烧结处理，得到连接件样品；热等静压；将连接件样品进行热等静压处理，得到成品。该制备方法将TiAl粉末的烧结过程与和陶瓷连接过程进行一体化集成，整个制备过程无需TiAl合金的制造加工，实现更加简便的异种材料连接方法，实现短流程高可靠性的TiAl和陶瓷异种材料连接构件的制造。

【技术实现步骤摘要】
TiAl合金陶瓷焊接制件及其一体成形制备方法
本专利技术涉及粉末冶金
，具体涉及一种TiAl合金陶瓷焊接制件及其一体成形制备方法。
技术介绍
陶瓷材料由于其优异的机械性能，耐蚀性、耐热性和化学稳定性，在电子，航空，核和汽车工业中具有很高的应用价值。但陶瓷材料的固有脆性使得制造大型和复杂形状构件及其困难，这限制了陶瓷材料的应用。而将陶瓷材料与其他材料(特别是金属和合金)结合后可克服其不利之处，并兼具陶瓷材料与金属各自优势的性能。以TiAl合金为代表的金属间化合物具有轻质高强、耐热和高温抗氧化等性能以成功证明了其在工程应用中的潜力。因此，发展陶瓷与TiAl合金结合技术具有广阔的应用推广前景。目前传统的陶瓷与TiAl合金的结合技术一般是将致密的陶瓷和TiAl合金进行连接，采用的技术通常包括瞬时液相连接，扩散连接和活性金属钎焊等。在这些方法中，活性金属钎焊由于其便利性，相对较低的连接温度和优异的粘结性能而成为最常见的金属陶瓷和金属焊接工艺，普遍采用的活性钎料为Ag-Cu合金。但由于TiAl合金也存在本征脆性，复杂形状加工困难，将TiAl制造成形后再进行连接技术上也存在很大困难。为此，开发一种一体化成形和连接技术来制备TiAl合金陶瓷焊接制件具有很高的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种TiAl合金陶瓷焊接制件及其一体成形制备方法，该制备方法将TiAl粉末的烧结过程与和陶瓷连接过程进行一体化集成，通过添加活化烧结助剂在烧结时产生相当量的瞬时液相，促进TiAl粉末烧结的同时流入连接结合面实现有效的连接，整个制备过程无需TiAl合金的制造加工，实现更加简便的异种材料连接方法，实现了短流程高可靠性的TiAl和陶瓷异种材料连接构件的制造，以解决现有技术中TiAl合金陶瓷焊接制件的制备需进行TiAl合金的制造加工，流程繁琐且难度大的技术问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种TiAl合金陶瓷焊接制件的一体成形制备方法。该TiAl合金陶瓷焊接制件及其一体成形制备方法包括以下步骤：制备粉末压坯：选取原料粉末，并利用近终成形技术制得粉末压坯；所述原料粉末采用TiAl合金粉末、烧结活化助剂和粘结剂混合得到；烧结连接：将陶瓷件和所述粉末压坯进行烧结处理，得到连接件样品；热等静压；将所述连接件样品进行热等静压处理，得到成品。进一步的，所述烧结活化助剂为Co粉和Sn粉的混合粉末；所述Co粉和Sn粉的质量比为6～9：4～1。进一步的，所述Co粉在所述Co粉、Sn粉和TiAl合金粉末的所有金属元素中的摩尔比为0.5～5％；所述Sn粉在所述Co粉、Sn粉和TiAl合金粉末的所有金属元素中的摩尔比为0.5～5％。在本专利技术中，Co粉和Sn粉在Co粉、Sn粉和TiAl合金粉末所有金属元素的总摩尔量中的占比分别为0.5～5％，该添加比例能够确保TiAl合金粉末的充分烧结，接近全致密，同时确保有过量的液相渗出流入连接处实现焊接。优选地，所述Co粉的粒度≤75μm，所述Sn粉的粒度≤48μm。进一步的，所述烧结处理的工艺条件为：烧结温度为1250～1350℃，烧结时间为1.5～2.5h。在本专利技术中，可以采用真空烧结，真空度≤10-1Pa；将陶瓷件和粉末压坯放置于真空烧结炉中进行TiAl粉末致密化的同时，三元液相渗入结合面实现连接。进一步的，所述热等静压的工艺条件为：温度为1050～1250℃，压力为75～150MPa，保温时间为30min～2h。在本专利技术中，将烧结后的连接件样品进行无包套热等静压消除TiAl制件的残余孔隙，同时也进一步加强连接处的结合强度。进一步的，所述近终成形技术为模压、冷等静压和注射成形工艺中的任一种。进一步的，所述TiAl合金粉末为球形或非球形预合金粉末，其粉末粒度≤75μm；所述粘结剂为乙醇-尼龙溶液或庚烷-石蜡溶液；所述陶瓷件为A2O3陶瓷板、ZrO2陶瓷板或Si3N4陶瓷板。进一步的，在所述烧结连接处理前还包括连接前处理：将所述粉末压坯的待连接界面以及所述陶瓷件的待连接界面进行平整化处理。在本专利技术中，粉末压坯的待连接界面可以采用砂纸进行打磨平整；陶瓷件的待连接界面也相应的进行磨平和清洗，确保连接界面处的平整与整洁。进一步的，所述待连接面上涂覆有Co粉和Sn粉的混合粉末；所述Co粉和Sn粉的质量比为6～9：4～1，所述混合粉末的涂覆厚度≤100μm。在本专利技术中，对于较大的连接面(一般连接面的直径大于20mm)，界面处可铺洒少量Co粉和Sn粉的混合粉末，确保最佳的连接效果。为了实现上述目的，根据本专利技术的第二方面，提供了一种TiAl合金陶瓷焊接制件。该TiAl合金陶瓷焊接制件是采用上述的TiAl合金与陶瓷一体化成形连接方法制备得到。在本专利技术中，采用近终成形的TiAl粉末坯和陶瓷进行连接过程，一次加热烧结过程中同时完成TiAl构件部分的致密化和异种材料的连接，省略了繁复的TiAl合金的制造加工过程，实现了短流程制备TiAl合金和陶瓷的异种材料连接构件，成本低，流程短，产品性能稳定。钴和锡的混合粉末作为烧结活化助剂，在烧结的升温过程中会产生锡液(大于231℃)和钛铝钴的三元液相(大于1250℃)两种液相，它们能够降低TiAl合金的烧结温度，在1250℃以上就能产生95％以上的致密度。同时液相会流入TiAl合金和陶瓷材料的结合面，在高温条件下，生成可靠的焊接接头。具体实施方式下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式。应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本专利技术提供了一种TiAl合金与陶瓷材料一体成形制备方法，该制备方法利用粉末近终成形技术制备TiAl合金压坯，通过在压坯中添加的钴、锡等活化烧结元素，在烧结过程中形成大量共晶液相，液相产生促进TiAl粉末烧结的同时流入连接结合面实现有效连接。因此该方法解决了TiAl合金构件制造加工困难，实现更加简便的异种材料连接，实现了短流程低成本的TiAl和陶瓷异种连接构件的制造。以下将通过具体实施例对本专利技术中的制备方法进行详细说明。实施例1：Ti-48Al-2Cr-2Nb与Al2O3陶瓷一体成形连接S1：原料准备，称取1kg雾化球形Ti-48Al-2Cr-2Nb粉末(<48μm)，高纯钴粉44g，高纯锡粉30g，庚烷-1.5wt％石蜡溶液10g。将上述粉末在气氛保护的三维混料器混料2h；S2：成形，将上述混合粉末通过冷等静压成形为厚度为2cm的板材，压制压力为250MPa，保压15s；S3：连接前准备，将S2中的近终成形粉末压坯待连接界面采用砂纸进行打磨平整，同时将待连接的A2O3陶瓷板界面进行磨平和清洗。在界面处可铺洒Co粉和Sn粉的混合粉末约50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiAl合金陶瓷焊接制件的一体成形制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n制备粉末压坯：选取原料粉末，并利用近终成形技术制得粉末压坯；所述原料粉末采用TiAl合金粉末、烧结活化助剂和粘结剂混合得到；/n烧结连接：将陶瓷件和所述粉末压坯进行烧结处理，得到连接件样品；/n热等静压；将所述连接件样品进行热等静压处理，得到成品。/n

【技术特征摘要】
1.一种TiAl合金陶瓷焊接制件的一体成形制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备粉末压坯：选取原料粉末，并利用近终成形技术制得粉末压坯；所述原料粉末采用TiAl合金粉末、烧结活化助剂和粘结剂混合得到；
烧结连接：将陶瓷件和所述粉末压坯进行烧结处理，得到连接件样品；
热等静压；将所述连接件样品进行热等静压处理，得到成品。


2.根据权利要求1所述的TiAl合金陶瓷焊接制件的一体成形制备方法，其特征在于，所述烧结活化助剂为Co粉和Sn粉的混合粉末；所述Co粉和Sn粉的质量比为6～9：4～1。


3.根据权利要求2所述的TiAl合金陶瓷焊接制件的一体成形制备方法，其特征在于，所述Co粉在所述Co粉、Sn粉和TiAl合金粉末的所有金属元素中的摩尔比为0.5～5％；
所述Sn粉在所述Co粉、Sn粉和TiAl合金粉末的所有金属元素中的摩尔比为0.5～5％；
优选地，所述Co粉的粒度≤75μm，所述Sn粉的粒度≤48μm。


4.根据权利要求1所述的TiAl合金陶瓷焊接制件的一体成形制备方法，其特征在于，所述烧结处理的工艺条件为：烧结温度为1250～1350℃，烧结时间为1.5～2.5h。


5.根据权利要求1所述的TiAl合金陶瓷焊接制件的一体成形制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：路新，张策，潘宇，刘博文，徐伟，高营，张嘉振，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11