一种制备复杂形状和高尺寸精度高铌钛铝合金零部件的方法，属于高铌钛铝金属间化合物材料成形技术领域。工艺是将氩气雾化高铌钛铝粉末与不同质量配比的石蜡ＰＷ，低密度聚乙烯ＬＤＰＥ，聚丙烯ＰＰ，硬脂酸ＳＡ组成的聚合物粘接剂以６３～６９％的装载量混炼、制粒，注射成形，随后采用溶剂脱脂和真空气氛中热脱脂脱除粘接剂，并在６００～１０００℃进行预烧结，最后在真空气氛中１４６０～１４８０℃进行烧结制得高Ｎｂ－ＴｉＡｌ合金零部件。优点在于：可直接制备出具有复杂形状、高尺寸精度和性能优良的高Ｎｂ－ＴｉＡｌ合金零部件，实现较低成本高Ｎｂ－ＴｉＡｌ合金零部件的批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高铌钛铝金属间化合物材料成形
，特别是提供了一种利用粉末注 射成形技术制备复杂形状和高尺寸精度高铌钛铝合金零部件的方法。技术背景高Nb-TiAl金属间化合物材料由于其优异的高温性能、抗氧化性和抗蠕变性而受到广 泛关注。经过近十几年来的研究，在相图、合金化、抗氧化性和显微组织与力学性能等方 面取得了一系列重要的进展。高含量难熔金属Nb元素的加入提高了合金的熔点和有序化 温度，Nb元素的固溶强化，使其90(TC的屈服强度较普通钛铝合金提高约300 500MPa， 高熔点Nb元素加入的同时降低了扩散系数，改善了抗氧化性，并且兼顾了TiAl基合金的 密度小、晶体结构简单和易于通过组织控制改善性能的优点，因而有可能取代现役的Ni 基高温合金而成为未来航空、航天领域具有应用潜力的新一代高温结构材料。但是，高 Nb合金化在提高其高温强度的同时，导致了合金的熔炼温度和热加工温度提高，也进一 步降低了其室温和高温塑性，尤其是室温塑性比普通TiAl更低，从而增加了合金成形制 备的难度。目前，都是釆用熔炼方法制备高Nb-TiAl合金，然后进行多次热加工。合金的制备过 程较为复杂，容易出现铸造缺陷、成分偏析和组织不均匀现象，虽然经多次等温锻造的高 Nb-TiAl合金获得均匀细小的双态组织，室温塑性有所提高，但仍难以后续的切削加工成 形，实现复杂形状和高尺寸精度零部件的制备。也有学者利用放电等离子烧结的方法制备 高Nb-TiAl合金，但也只能制备出块体形状的合金，同样难以实现复杂形状和高尺寸精度 零部件的制备。粉末注射成形是将合金粉末与大量的有机粘结剂经混炼、注射成形和去掉粘结剂的脱 脂等步骤，最终烧结成致密的产品的过程。该技术继承了陶瓷粉末注射成形的方法，是传 统冶金法和塑料注射成形相结合的产物。其最大特点是实现了近净成形，避免了后序的切 削加工，在制备几何形状复杂产品方面，具有明显的优势，而制备成本只有传统成形工艺 20 60%。到目前为止，国内外只有少数几个学者开展了粉末注射成形技术制备普通TiAl 基合金材料的研究(R. Gerling， F. P. Schimansky. Prospects for metal injectionmoulding using a gamma titanium aluminide based alloy powder. Materials Science and Engineering, 2002, A329-331:45-49; R. Gerling， E. Aust, W. Limberg, M. Pfuff' F. P. Schimansky. Metal injection moulding of gamma titanium aluminide alloy powder-Materials Science and Engineering, 2006， A423, 1-2:262-268)，但对于利用粉末注射 成形制备高Nb-TiAl基合金材料的研究，还没有相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用粉末注射技术制备高铌钛铝合金材料零部件的方法， 避免后续切削加工成形，实现近净成形，实现制备复杂形状和高尺寸精度的高铌钛铝合金 零部件以及较低成本的批量生产。本专利技术采用注射成形的方法制备成形坯，然后通过脱脂和烧结制备高铌钛铝合金零部件。具体工艺为1、 粘接剂的配制本专利技术所配制的粘接剂为多聚合物组元石蜡(PW)基粘接剂，以低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)作为增塑剂，以硬脂酸(SA)为表面活性剂，各组 元重量百分比为PW: LDPE: PP: SA= (63 68): (18 22): (10 15): (2 5)。将四禾中 组元加入转矩流变仪或双螺杆挤出机中进行共混，并达到成分均匀；2、 混炼将所选用的高Nb-TiAl预合金粉末与所配制的粘接剂在开放式炼胶机上混 炼1 1.5小时，混炼温度为140 150°C,再在双螺杆混炼挤出机上制粒，使喂料进一步 均匀，粉末装载量为63 69% (体积百分含量)；3、 注射成形将制粒后所得喂料在注射温度140 150°C，注射压力90 100Mpa的 条件下注射，得到复杂形状的高Nb-TiAl合金预成形坯；4、 脱脂采用溶剂脱脂+后续热脱脂的两步脱脂法，首先将预成形坯浸于三氯乙烯中 进行溶剂脱脂10 20小时，脱脂温度为30 4(TC，脱脂完成后取出坯体在恒温干燥箱内 烘干，再在管式真空炉中进行热脱脂，脱脂温度在30 60(TC之间，时间为6 12小时， 并进一步将脱脂坯加热至600 100(TC之间进行预烧结1 1. 5小时；5、 烧结将预烧结坯置于真空烧结炉中于1460 1480'C烧结，保温1 2小时，升 温速率为6 8°C/min，烧结体经后续精整处理，得到高Nb-TiAl合金零部件。本专利技术采用的合金粉末成分为Ti-45A1-8.5Nb-0.2W-0.2B-0.02Y (原子百分含量)的 氩气雾化预合金粉末，粒度为20 60ixm。本专利技术的优点在于可直接制备出具有复杂形状和高尺寸精度的高Nb-TiAl合金零部 件，同时，材料组织均匀、致密度高，综合力学性能较好，可实现批量生产高Nb-TiAl合金零部件，材料利用率高，生产成本低。具体实施方式 实施例1:原料成分为Ti-45A1-8. 5Nb-0. 2W-0. 2B-0. 02Y(原子百分含量)的氩气雾化预合金粉， 粒度为20 60um;粘接剂采用为多聚合物组元石蜡基(PW)粘接剂，其各组元重量百分比为PW: LDPE: PP: SA=63: 20: 12: 5，粉末装载量为65°/o。将粉末与配制好的粘接剂在SK-160型开放式炼胶机上混炼1小时，混炼温度为145 °C，再在PSJ32型双螺杆混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，制粒后的喂料在注射温 度150°C，注射压力lOOMpa的条件下注射，得到复杂形状的高Nb-TiAl合金预成形坯， 然后将预成形坯浸于三氯乙烯中进行溶剂脱脂10小时，脱脂温度为35'C，脱脂完成后取 出坯体在恒温干燥箱内烘干，热脱脂在管式真空炉中进行，脱脂温度在30 60(TC之间， 共脱脂12小时，并将脱脂坯加热至80(TC进行预烧结1小时，最后将预烧结坯置于ZGS150 型真空烧结炉中于148(TC烧结，保温1小时，升温速率为6'C/rain，烧结体经后续处理， 即得到相对密度达96%，尺寸精度高达±0.2%和综合力学性能较好(抗压强度2560MPa， 压縮率34%，抗拉强度319MPa，延伸率0.63%)的复杂形状高Nb-TiAl合金零部件。实施例2:原料成分为Ti-45A1-8. 5Nb-0. 2W-0. 2B-0. 02Y(原子百分含量)的氩气雾化预合金粉， 粒度为20 60ym;粘接剂采用为多聚合物组元石蜡基(PW)粘接剂，其各组元重量百分比为PW: LDPE: PP: SA=67: 20: 14: 2，粉末装载量为67%。将粉末与配制好的粘接剂在SK-160型开放式炼胶机上混炼1. 5小时，混炼温度为140 °C，再在PSJ32型双螺杆混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备复杂形状和高尺寸精度高铌钛铝合金零部件的方法，其特征在于，制备工艺为：ａ、粘接剂的配制：所配制的粘接剂为多聚合物组元石蜡ＰＷ基粘接剂，以低密度聚乙烯ＬＤＰＥ、聚丙烯ＰＰ作为增塑剂，以硬脂酸ＳＡ为表面活性剂，各组元重量百分比为 ＰＷ∶ＬＤＰＥ∶ＰＰ∶ＳＡ＝（６３～６８）∶（１８～２２）∶（１０～１５）∶（２～５），将四种组元加入转矩流变仪或双螺杆挤出机中进行共混，并达到成分均匀；ｂ、混炼：将所选用的高Ｎｂ－ＴｉＡｌ预合金粉末与所配制的粘接剂按比例在开放式炼 胶机上混炼１～１．５小时，混炼温度为１４０～１５０℃，再在双螺杆混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，粉末装载量按体积百分含量计为６３～６９％；ｃ、注射成形：将制粒后所得喂料在注射温度１４０～１５０℃，注射压力９０～１００Ｍｐａ的条件 下注射，得到复杂形状的高Ｎｂ－ＴｉＡｌ合金预成形坯；ｄ、脱脂：采用溶剂脱脂＋后续热脱脂的两步脱脂法，首先将预成形坯浸于三氯乙烯中进行溶剂脱脂１０～２０小时，脱脂温度为３０～４０℃，脱脂完成后取出坯体在恒温干燥箱内烘干，再在管式真空炉 中进行热脱脂，脱脂温度在３０～６００℃之间，时间为６～１２小时，并进一步将脱脂坯加热至６００～１０００℃之间进行预烧结１～１．５小时；ｅ、烧结：将预烧结坯置于真空烧结炉中于１４６０～１４８０℃烧结，保温１～２小时，升温速率为６～８℃ ／ｍｉｎ，烧结体经后续精整处理，得到高Ｎｂ－ＴｉＡｌ合金零部件。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何新波，张昊明，曲选辉，赵丽明，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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