含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法技术

含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法，它涉及一种金属间化合物的制备方法。本发明专利技术是为了解决β相的引入将削弱材料蠕变性能的技术问题，提供了一种不含β相的具有良好热加工性能的新型γ-TiAl基合金的制备方法。本方法：称取原料；制备压块；将压块放入水冷铜坩埚感应熔炼炉中，熔炼，得熔体；将熔体浇铸到金属铸型中，并随炉冷却，即得。本发明专利技术添加了Ni元素，引入了τ3相，该相具有高温软化的特点，改善传统γ-TiAl基合金的热变形能力；本发明专利技术确定了Ni的最佳加入量范围，在材料凝固过程中，Ni的加入改变了合金的凝固路线，由传统的L→L+β→α…变为L→L+β→α+τ3…，得到的γ-TiAl金属间化合物材料显微组织细小均匀、无明显偏析，有利于后续的热机械处理。本发明专利技术属于金属间化合物的制备领域。

【技术实现步骤摘要】
含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法
本专利技术涉及一种金属间化合物的制备方法。
技术介绍
γ-TiAl基合金是一种新型的高温结构材料，具有高熔点、低密度、高弹性模量以及较好的高温强度、阻燃能力、抗氧化性等优点，是一种具有广阔应用前景的新型轻质耐热高温结构材料，被认为是极具竞争潜力的下一代航空发动机用结构材料之一。然而，TiAl金属间化合物实用化的缺点(室温塑性低、高温热加工性能差，以及800℃以上的抗氧化能力不足)限制了其广泛应用。经过二十多年来各国研究者们深入、细致的基础研究工作，目前，为了提高TiAl合金的热加工性能，通常采取以下几种方法：大量使用β稳定元素，从而使得材料中具有大量β相；制备具有双态组织或者近γ组织的原始铸态组织；通过添加Y、B等元素细化原始的铸态组织；采用多步热机械处理工艺。但是，大量的研究证明：β相的引入将削弱材料自身的蠕变性能；具备双态组织或者近γ组织的材料其综合力学性不能够达到最佳匹配，高温性能差，难以满足使用需求；加入细化剂可以从一定程度上解决其高温热加工性能差的难题，但是其改善效果依然无法满足实际生产需求；多步热机械处理工艺得到的TiAl合金的热加工窗口也很窄，后续热加工成本依旧十分高昂。而τ3是一种Ti-Al-Ni三元合金，其熔点为1280℃左右，在TiAl合金传统的热加工温度区间具有软化的特点，可代替β相在TiAl合金高温变形中的作用，降低TiAl合金的加工区间，改善iAl合金的热加工性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决β相的引入将削弱材料自身的蠕变性能的技术问题，提供了一种不含β相的具有良好热加工性能的含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法。含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法按照以下步骤进行：一、称取原料：按照Al元素摩尔百分含量为45～48％、Ni元素摩尔百分含量为2～3％和余量的Ti的比例称取海绵钛、高纯铝和镍豆；二、将步骤一中称取的原料按照从下至上为海绵钛层、高纯铝层、镍豆层和海绵钛层的顺序通过金属压块机进行压块成型，得到压块；三、将压块放入到水冷铜坩埚感应熔炼炉中，熔炼前将金属铸型预热至300～400℃，将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.0～3.0×10-3mbar，以10～15kW/min速率将熔炼功率升至85～90kW，然后在功率为85～90kW的条件下熔炼360～480s，得熔体；四、将步骤三得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，并随炉冷却，即得含τ3相γ-TiAl金属间化合物。步骤一中所述海绵钛的质量纯度为99.7％。步骤一中所述高纯铝质量纯度为99.99％。步骤一中所述镍豆的质量纯度为99.99％。本专利技术具有以下效果：一、本专利技术添加了Ni元素，引入了τ3相，该相具有高温软化的特点，改善传统γ-TiAl基合金的热变形能力；二、确定了Ni的最佳加入量范围，在材料凝固过程中，Ni的加入改变了合金的凝固路线，由传统的L→L+β→α…变为L→L+β→α+τ3…，得到的γ-TiAl金属间化合物材料显微组织细小均匀、无明显偏析，有利于后续的热机械处理。附图说明图1是实验一制备的含τ3相γ-TiAl金属间化合物的2000倍的SEM-BSE图；图2是实验一制备的含τ3相γ-TiAl金属间化合物的热加工效果图，图中×表示开裂，○表示完好；图3是传统γ-TiAl基合金的热加工效果图，图中×表示开裂，○表示完好；图4是实验一制备的含τ3相γ-TiAl金属间化合物经热加工后的组织结构图。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法按照以下步骤进行：一、称取原料：按照Al元素摩尔百分含量为45～48％、Ni元素摩尔百分含量为2～3％和余量的Ti的比例称取海绵钛、高纯铝和镍豆；二、将步骤一中称取的原料按照从下至上为海绵钛层、高纯铝层、镍豆层和海绵钛层的顺序通过金属压块机进行压块成型，得到压块；三、将压块放入到水冷铜坩埚感应熔炼炉中，熔炼前将金属铸型预热至300～400℃，将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.0～3.0×10-3mbar，以10～15kW/min速率将熔炼功率升至85～90kW，然后在功率为85～90kW的条件下熔炼360～480s，得熔体；四、将步骤三得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，并随炉冷却，即得含τ3相γ-TiAl金属间化合物。本实施方式中所述的海绵钛、高纯铝、镍豆均为市售产品。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述海绵钛的质量纯度为99.7％。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一中所述高纯铝质量纯度为99.99％。其它与具体实施方式一或二之一相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中所述镍豆的质量纯度为99.99％。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三中熔炼前将金属铸型预热至350℃。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至2.0×10-3mbar。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中以10～15kW/min速率将熔炼功率升至88kW。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中在功率为85～90kW的条件下熔炼400s。其它与具体实施方式一至七之一相同。采用下述实验验证本专利技术效果：实验一：含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法按照以下步骤进行：一、称取原料：按照Al元素摩尔百分含量为46％、Ni元素摩尔百分含量为2.5％和余量的Ti的比例称取海绵钛、高纯铝和镍豆；二、将步骤一中称取的原料按照从下至上为海绵钛层、高纯铝层、镍豆层和海绵钛层的顺序通过金属压块机进行压块成型，得到压块；三、将压块放入到水冷铜坩埚感应熔炼炉中，熔炼前将金属铸型预热至320℃，将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至2.0×10-3mbar，以13kW/min速率将熔炼功率升至89kW，然后在功率为89kW的条件下熔炼420s，得熔体；四、将步骤三得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，并随炉冷却，即得含τ3相γ-TiAl金属间化合物。本实验中所述的海绵钛、高纯铝、镍豆均为市售产品。采用扫描电子显微镜下的背散射成像技术(SEM-BSE)放大2000倍检测本试验制备的具有良好热加工性能的含τ3相γ-TiAl金属间化合物，如图1所示。从图中可以看出，亮白色τ3相主要分布在片层团晶界处并呈网状分布，黑色衬度的为γ相，层片团平均尺寸为80μm，有利于合金的高温变形。采用高温拉伸试验检测本试验制备的含τ3相γ-TiAl金属间化合物，可知在700℃下，其屈服强度达到400MPa，延伸率为4.5％。在温度1050～1200℃、应变速率0.001s-1～0.1s-1的范围内对本实验制备的含τ3相γ-TiAl金属间化合物进行热物理模拟测试。图2为该合金的热加工效果图，图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
含τ3相γ‑TiAl金属间化合物的制备方法，其特征在于含τ3相γ‑TiAl金属间化合物的制备方法按照以下步骤进行：一、称取原料：按照Al元素摩尔百分含量为45～48％Ni元素摩尔百分含量为2～3％和余量的Ti的比例称取海绵钛、高纯铝和镍豆；二、将步骤一中称取的原料按照从下至上为海绵钛层、高纯铝层、镍豆层和海绵钛层的顺序通过金属压块机进行压块成型，得到压块；三、将压块放入到水冷铜坩埚感应熔炼炉中，熔炼前将金属铸型预热至300～400℃，将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.0～3.0×10‑3mbar，以10～15kW/min速率将熔炼功率升至85～90kW，然后在功率为85～90kW的条件下熔炼360～480s，得熔体；四、将步骤三得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，并随炉冷却，即得含τ3相γ‑TiAl金属间化合物。

【技术特征摘要】
1.含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法，其特征在于含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法按照以下步骤进行：一、称取原料：按照Al元素摩尔百分含量为45～48％Ni元素摩尔百分含量为2～3％和余量的Ti的比例称取海绵钛、高纯铝和镍豆；二、将步骤一中称取的原料按照从下至上为海绵钛层、高纯铝层、镍豆层和海绵钛层的顺序通过金属压块机进行压块成型，得到压块；三、将压块放入到水冷铜坩埚感应熔炼炉中，熔炼前将金属铸型预热至300～400℃，将水冷铜坩埚真空感应熔炼炉抽真空至1.0～3.0×10-3mbar，以10～15kW/min速率将熔炼功率升至85～90kW，然后在功率为85～90kW的条件下熔炼360～480s，得熔体；四、将步骤三得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，并随炉冷却，即得含τ3相γ-TiAl金属间化合物。2.根据权利要求1所述含τ3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法，其特征在于步骤一中所述海绵钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉勇，韩建超，肖树龙，田竟，徐丽娟，贾燚，曹守臻，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23