本发明专利技术公开了一种TiAl基合金的制备方法，以TiH2粉、Al粉、Si粉和Nb粉为原料，采用低成本的TiH2粉代替纯钛粉作为合金的原料粉，经球磨和烧结后制备的TiH2-Al体系合金，具有和Ti-Al体系相同的TiAl和Ti3Al相，合金的成本大大降低。实验结果表明，本发明专利技术制备的TiAl基合金具有微细晶粒烧结组织，其室温和高温强度及延伸率良好，具有良好组织和高温性能。通过研究组织对TiAl金属间化合物在1000℃抗氧化性能的影响得到，本发明专利技术制备的TiAl基合金由于具有细小颗粒状TiAl和Ti3Al组织，更有利于形成Al2O3氧化膜，其高温抗氧化性远高于层片状组织。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金
，更具体地说，涉及。
技术介绍
TiAl基合金作为一种新型轻质高温合金引起各国科学界和工业界人士的广泛关注，与传统钛合金和镍基高温合金相比，TiAl基合金密度较小，其密度低于钛合金，比镍基高温合金的一半还小。数据分析表明，从室温到高温，YTiAl与IN718合金比强度相当，比模量远高于IN718及頂1834合金，热膨胀系数介于IN718与Ti6A14V之间。而且，YTiAl合金在800 900°C之间的高温抗氧化性能远远高于钛合金与不锈钢，性能上的优势使YTiAl基合金在航空航天和先进发动机领域广泛应用；良好的燃烧性使YTiAl基合金有可能替代密度较大、价格昂贵的钛基阻燃合金。欧洲国家已将Y TiAl合金研究纳入未来欧洲航空运输研究计划，着重研究其在高速民用运输机(HSCT)以及可反复使用的单级入轨·(SSTO)太空船(RLV)的热结构及热保护性系统中的应用。由于能源的短缺以及人类环境意识的加强，日本、美国和德国等国家都在积极开发并大量增加汽车用钛方面的研究。例如，美国福特公司和通用电器公司研究的TiAl气门正在试验评估中，日本丰田公司利用粉末冶金方法生产的Ti合金气门已用于试验生产。米用轻质YTiAl合金排气阀对改善发动机的性能具有重要意义，它可以使发动机能耗节省5% 8%，转速提高300rpm，并能减轻噪音和环境污染，因此各国工业界对此非常重视。TiAl基合金具有低密度、良好的高温强度以及抗蠕变和抗氧化性等良好性能，但其室温脆性较大，不易加工成形。采用铸造方法获得的TiAl基组织粗大、均匀性差，组织中存在严重的缩孔、疏松和偏析等，成形性差，但是，TiAl基合金锻造工艺成本高，锻造后续加工复杂，成形性难于保证。粉末冶金法是制备TiAl基合金的常用方法，可一次制出净成形产品，解决了加工困难问题并提高了原料的利用率。其次，粉末法中通过对粉末的处理可以使成分、粒度的均匀性和晶体细化达到很高水平，解决了铸态法所面临的问题。再次，通过粉末冶金方法可以以单质或合金粉末为原料，任意调整合金元素的比例，并保证成分均匀。但是，现有技术中的粉末冶金法主要采用钛粉作为制备TiAl基合金的原料粉，原料成本较高，从而零件制造成本离大规模工业化生产还有一定距离。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供，该方法采用成本较低的TiH2为原料，制备的TiAl基合金具有良好的强度和抗氧化性能。为了解决以上技术问题，本专利技术提供，其特征在于，包括以下步骤步骤a)按(40 48at%) (45 49at%) : (O. 2at%) : (5 12at%)的比例将 TiH2 粉、Al粉、Si粉和Nb粉混合，球磨处理后得到混合粉末；步骤b)将所述混合粉末在80(Tl200°C下烧结，得到TiAl基合金。优选的，所述步骤b)具体为在真空条件下，将所述混合粉末加热至50(T6(KrC，加压形成坯体，然后在80(Tl200°C下烧结，得到TiAl基合金。优选的，所述烧结的时间为5(T80min。优选的，所述步骤b)具体为利用放电等离子烧结法将所述混合粉末在80(Tl20(rC下烧结，得到TiAl基合金。优选的，所述烧结的时间为5 10min。优选的，所述放电等离子烧结法采用的热压压力为3(T35MPa。优选的，所述放电等离子烧结法采用的真空度为10X10_3Pa。 本专利技术提供，包括以下步骤步骤a)按(4(T48at%)(45 49at%): (O. 2at%): (5 12at%)的比例将TiH2粉、Al粉、Si粉和Nb粉混合，球磨处理后得到混合粉末；将所述混合粉末在80(Tl200°C下烧结，得到TiAl基合金。与现有技术相比，本专利技术以TiH2粉、Al粉、Si粉和Nb粉为原料，采用低成本的TiH2粉代替纯钛粉作为合金的原料粉，经球磨和烧结后制备的TiH2-Al体系合金，具有和Ti-Al体系相同的TiAl和Ti3Al相，合金的成本大大降低。实验结果表明，本专利技术制备的TiAl基合金具有微细晶粒烧结组织，其室温和高温强度及延伸率良好，具有良好组织和高温性能。通过研究组织对TiAl金属间化合物在1000°C抗氧化性能的影响得到，本专利技术制备的TiAl基合金由于具有细小颗粒状TiAl和Ti3Al组织，更有利于形成Al2O3氧化膜，其高温抗氧化性远高于层片状组织。附图说明图I和图2分别为实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_5Nb球磨5h和IOh后的扫描电镜图片；图3和图4分别为实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_5Nb球磨15h和20h后的扫描电镜图片；图5和图6分别为实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_5Nb球磨25h和30h后的扫描电镜图片；图7和图8分别为实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_5Nb球磨35h和40h后的扫描电镜图片；图9和图10分别为实施例I制备的TiH2-45Al_0. 2Si_7Nb球磨5h和IOh后的扫描电镜图片；图11和图12分别为实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_7Nb球磨15h和20后的扫描电镜图片；图13和图14分别为实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_7Nb球磨25h和30h后的扫描电镜图片；图15和图16为实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_7Nb球磨35h和40h后的扫描电镜图片；图17 为实施例 I 制备的 TiH2-45Al-0. 2Si_5Nb 和 TiH2-45Al_0. 2Si_7Nb 在球磨过程中混合粉末的颗粒尺寸变化曲线图；图18和图19为实施例I制备的TiH2-45Al_0. 2Si_10Nb成分的混合粉末在球磨30min和球磨IOh后的扫描电镜照片；图20和图21分别为实施例I制备的TiH2-45Al_0. 2Si_10Nb成分的混合粉末在球磨20h和30h后的扫描电镜照片；图22为本专利技术实施例I制备的TiH2-45Al_0. 2Si_12Nb成分的混合粉末在未球磨时的扫描电镜照片；图23、图24和图25分别为实施例I制备的TiH2-45Al_0. 2Si_12Nb成分的混合粉末在球磨10h、20h和30h后的扫描电镜照片；图26为本专利技术实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_5Nb粉末球磨35h后的TEM形貌和衍射斑照片； 图27为本专利技术实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_5Nb粉末球磨40h后的TEM形貌和衍射斑照片；图28为本专利技术实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_7Nb粉末球磨35h后的TEM形貌和衍射斑照片；图29为本专利技术实施例I制备的TiH2-45Al-0. 2Si_7Nb粉末球磨40h后的TEM形貌和衍射斑照片；图30为本专利技术实施例I制备的TiH2-45Al_0. 2Si_5Nb未经球磨的粉末的X射线衍射图；图31为本专利技术实施例I制备的TiH2-45Al_0. 2Si_5Nb经球磨40h的粉末的X射线衍射图；图32为本专利技术实施例I制备的TiH2-45Al_0. 2Si_10Nb球磨20h粉末透射电镜照片;图33为本专利技术实施例I制备的TiH2-45Al_0. 2Si_10Nb球磨20h粉末透射电镜衍射花样；图34为本专利技术实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种TiAl基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a）按（40~48at%）：（45~49at%）：（0.2at%）：（5~12at%）的比例将TiH2粉、Al粉、Si粉和Nb粉混合，球磨处理后得到混合粉末；步骤b）将所述混合粉末在800～1200℃下烧结，得到TiAl基合金。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张大军，徐伟，张铁成，
申请(专利权)人：吉林省必晟科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：
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