用于通过烧结粉末制造钛铝物部件的组合物、以及使用该组合物的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种组合物(10)，其用于烧结以制造含钛铝基合金的部件，所述组合物包含钛铝基的合金粉末(11)和添加粉末，所述添加粉末包含金属铝粉末(12)和金属钛粉末(13)的混合物。根据本发明专利技术，所述组合物包含0.5重量％～5重量％的添加粉末。本发明专利技术还涉及使用这类组合物制造含钛铝物的部件的方法。

Compositions for making titanium aluminum components through sintered powders and a manufacturing method for the use of the composition

The invention relates to a composition (10), which is used for sintering to make parts containing titanium aluminum base alloy. The composition comprises titanium alloy based alloy powder (11) and powder added, and the added powder contains a mixture of metal aluminum powder (12) and metal titanium powder (13). According to the invention, the composition includes 0.5 weight% to 5 weight% of the addition powder. The invention also relates to a method for the use of such a composition to produce a component containing titanium aluminum.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过烧结粉末制造钛铝物部件的组合物、以及使用该组合物的制造方法
技术介绍
本专利技术涉及制造钛铝基(based’aluminuresdetitane)合金部件的方法的一般领域。本专利技术更具体地但不限于制造用于航空的部件。现在，钛铝基合金用于航空领域，特别是因为它们表现出降低涡轮发动机中等发热的部分中的机载重量的优点。特别地，这些合金通常表现出约4g/cm3的平均密度，且它们构成传统的镍基合金(具有约8.5g/cm3的平均密度)的可行的替代品。它们良好的机械性能和它们能经受不超过750℃的温度下的氧化的能力使得它们成为例如制造飞机涡轮发动机中的低压涡轮叶片的候选选择。这样的由钛铝基合金制成的部件传统上通过浇铸制造，因此导致部件机械加工时与去除材料相关的额外费用。为了降低生产费用的目的，采用粉末冶金的技术构成传统浇铸技术的有利的替代。然而，这些技术涉及在非常高的温度下进行烧结的步骤，这在实际应用中会有限制。此外，通过粉末冶金获得的部件的密度在特定应用中有时会不足够。例如，当想要达到钛铝基合金如TiAl48-2-2的粉末的完全烧结(稠密度大于95％)时，需要在接近合金的熔化温度、即约1455℃的温度下工作。在实践中，对于烧结，用法通常是在1380℃～1450℃的范围的温度下进行，这使得该制造方法在能源方面非常昂贵。还有，用于烧结这种粉末的工具如调温炉需要在接近其使用极限的温度下操作，这会减短其寿命且增加维护费用。本专利技术的目的和内容因此，本专利技术的主要目的是通过提供一种用于烧结制造含钛铝基合金的部件的组合物来减轻这些缺陷，该组合物包含钛铝基合金的粉末和添加粉末，所述添加粉末包含金属铝粉末和金属钛粉末的混合物。本专利技术的组合物能显著地降低烧结所需的能量，与使用的烧结技术无关。具体而言，在温度上升过程中，组合物中的添加粉末以分布在组合物中的局部热点的形式递送能量。当组合物的温度接近金属铝的熔化温度(约660℃)时，金属铝颗粒开始熔化，且金属铝和金属钛之间的形成钛铝物(unaluminuredetitane)的化学反应开始进行。该化学反应为放热的、并将能量以热的形式递送至组合物，这可以通过改变添加至组合物中的添加粉末的量进行控制。该能量的递送能使合金粉末早些、如从660℃开始烧结，而通常在900℃～1000℃的范围开始烧结。因此，当达到烧结温度水平时，组合物的致密化已提前进行，由此在烧结结束时能获得更高致密度的部件。组合物中的这些原位热点的存在还起到降低烧结温度水平的作用。因此，我们限制了所用的加热手段的退降和进行烧结所需的能量(加热手段的例示可包括：调温炉、激光器、电子束、等离子体加热等)。此外，烧结温度水平的下降能使得达到该水平所需的时间减少，因此能减少整个烧结循环的持续时间。通过使用本专利技术的组合物，能量在组合物内以均匀的方式原位递送。不同于现有技术的组合物，其通常是通过从外部向内部扩散而被加热，本专利技术的组合物的温度在组合物各处同时且以均匀的方式增加，尤其是因为铝和钛之间的放热反应。因此，当使用本专利技术的组合物时，烧结更加均匀。自660℃开始金属铝颗粒的熔化也起到保持组合物的结构的作用，组合物的结构通常在烧结之前形成(例如，通过使用有机粘合剂和注射/模塑法、或者压缩)。具体而言，液化的铝颗粒也有助于使颗粒包围其周围，增加组合物内各种元素的相互扩散，因此达到组合物的“预烧结”。上述预烧结还起到将烧结步骤中可能发生的组合物的变形减至最小，液体铝因此起到粘接其他颗粒的反应性金属粘合剂的作用。最终，添加包含铝和钛的添加粉末不会显著改变烧结后获得的合金的化学组成，这是因为添加粉末扩散到组合物中，且在反应后还形成钛铝物。因此，与通过将仅基于钛铝合金的粉末烧结而获得的部件相比，通过将本专利技术的组合物烧结而获得的部件的物理化学性质变化非常小。如果钛铝基合金的粉末包含添加元素(例如铬或铌)，其组成可能会被添加粉末稀释。然后，如果需要，可以将这些元素添加到本专利技术的组合物中，以重构最终合金中它们的初始含量。所述组合物包含0.5重量％～5重量％的添加粉末。因此，添加粉末的重量含量足够小，以避免过度改变组合物中钛铝基合金的物理化学性质。所以，添加粉末能仅起到组合物的烧结添加剂的作用。在一个实施方式中，组合物包含0.5重量％～2重量％的添加粉末。优选地，添加粉末的Ti/Al原子比在0.7～1.3的范围内，以避免显著地改变钛铝基合金的粉末的化学组成。在一个实施方式中，添加粉末中的Ti/Al原子比可以在0.8～1.2的范围内，或者，甚至在0.9～1.1的范围内。而且，优选地，钛铝基合金的粉末的平均粒径在1微米(μm)～100μm的范围内，更优选在5μm～50μm的范围内。在一个实施方式中，添加粉末的平均粒径与钛铝基合金粉末的平均粒径实质上相同。在一个变体中，添加粉末的平均粒径可以比钛铝基合金粉末的平均粒径小，以改变组合物内热点的分布。钛铝基合金粉末可包含钛的含量大于或等于钛铝物的45重量％且铝的含量大于或等于钛铝物的40重量％。例如，这些合金可以是TiAl48-2-2、TNM、或TNB类，或者，一般而言，它们可形成具有γ/α2或β/γ/α2相的钛铝基合金系的一部分。本专利技术还提供一种制造包含钛铝物的部件的方法，上述方法包括以下步骤：·制备如上所述的组合物；以及·烧结所述组合物。在一个实施方式中，上述方法可进一步包括：在上述烧结步骤之前，对上述组合物进行塑形以获得所要制造的部件的预制件的步骤。例如，当采用涉及金属粉末注射成形技术(公知为金属注射成形(MIM))时，对组合物进行塑形的步骤可包括以下子步骤：·将组合物和粘合剂注射到模具中以获得所要制造的部件的毛坯；以及·将上述毛坯脱粘(debinding)以获得所要制造的部件的预制件。上述烧结步骤可如下进行：·在调温炉中；·通过快速烧结(也记作放电等离子体烧结(SPS))；·通过在粉末床上的选择性烧结(例如，电子束熔化(EBM)、或者甚至选择性激光烧结(SLS))；或者·通过热等静压(HIP,HotIsostaticPressing)。在氩的惰性气氛中进行上述烧结步骤是有利的，特别是在为了降低组合物中存在的金属铝和金属钛的氧化风险的情况下。最后，本专利技术还提供如上所述的方法，其中上述所要制造的部件是飞机部件。所用的术语“航空部件”是指适合用于推进飞机的涡轮喷气发动机的部件，例如，飞机涡轮发动机的叶片、涡轮环、低压喷嘴、用于向飞机燃烧室中注射的系统、飞机喷射系统的元件、凸缘、夹紧系统、用于发动机设备的支架、整流罩等。附图的简要说明通过以下描述并参照附图，本专利技术的其它特征和优势将更加明晰，附图示出了没有限制性质的实施方式。在附图中：-图1A～1D是显示本专利技术的一个实施方式中的方法中本专利技术的组合物是如何变化的图。-图2是显示本专利技术的方法的各个步骤的图表。专利技术详述本专利技术在如下其在通过金属注射成形(MIM)的方法制造由钛铝基合金制成的部件的应用中进行描述。当然，本专利技术也可应用于制造涉及烧结钛铝基合金粉末的部件的任何技术。本专利技术实施方式的方法的步骤以图表的形式示于图2的流程图中。首先，将钛铝物粉末与包含金属铝粉末和金属钛粉末的添加粉末混合(步骤E1)，以形成本专利技术的组合物。例如，可以使用平均粒径在5μm～50μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于烧结制造包含钛铝基合金的部件的组合物(10)，所述组合物包含钛铝基合金的粉末(11)和添加粉末，所述添加粉末包含金属铝粉末(12)和金属钛粉末(13)的混合物，其特征在于，所述组合物包含0.5重量％～5重量％的添加粉末。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.21 FR 15545501.一种用于烧结制造包含钛铝基合金的部件的组合物(10)，所述组合物包含钛铝基合金的粉末(11)和添加粉末，所述添加粉末包含金属铝粉末(12)和金属钛粉末(13)的混合物，其特征在于，所述组合物包含0.5重量％～5重量％的添加粉末。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物包含0.5重量％～2重量％的添加粉末。3.如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述添加粉末的Ti/Al原子比在0.7～1.3的范围内。4.如权利要求1～3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述钛铝基合金的粉末(11)的平均粒径在1μm～100μm的范围内。5.如权利要求1～4中任一项所述的组合物，其特征在于，所述添加粉末的平均粒径等于所述钛铝基合金的粉末(11)的平均粒径。6.如权利要求1～5中任一项所述的组合物，其特征在于，所述钛铝基合金的粉末(11)包含钛的含量大于等于45重量％且铝的含量大于等于4...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·尼特尔，G·弗里堡，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR