一种制备TiAl合金与金属Nb扩散偶的方法与流程

本发明涉及一种制备tial合金与金属nb扩散偶的方法，利用该方法能够高效快捷地获取tial合金中加入nb元素后的试验数据，属于材料研究方法及技术领域。

背景技术：

tial金属间化合物以其较低的密度、较高的比刚度、比强度、耐磨、耐腐蚀、耐高温和优良的抗氧化性能等优点，被认为是一种极具发展前景的航空航天轻质高温结构材料。然而，其室温脆性、高温蠕变性能差和抗高温抗氧化性不足等缺点使得其应用受到限制。研究发现向tial合金中加入nb元素是提高其性能的好方法。目前，nb合金化tial的研究主要包括采用粉末冶金技术和非电弧自耗熔炼技术向tial合金中加入少量的nb元素去研究nb在tial合金中的分布、相组成、扩散行为以及所得材料的性能和采用热压烧结技术制备单相tial合金与含铌单相tial合金扩散偶来研究ti-al-nb系统的互扩散性为。这些研究方法所获取的ti-al-nb系统的信息并不全面。尚不能对该ti-al-nb体系进行全面的认识，使新型tial合金产品的开发和相关基础理论研究的进展陷入瓶颈。开发利用新的实验方法，高效快捷地获取该合金体系的相组成、成分以及性能等实验数据，对于新型tial合金产品的研发和相关机理的认识具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是为研究nb合金化tial合金体系的相组成、成分变化以及性能的提供一种系统、高效的实验样品，可以在单一样品上得到金属界面的结合部反应信息，进而获取tial合金与nb元素合金化的实验数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种制备tial合金与金属nb扩散偶的方法，将金属nb片和tial合金片叠合施压下热压扩散得到tial合金与金属nb扩散偶试样，包括以下主要步骤：

步骤1：将金属nb片和tial合金片进行研磨和抛光处理后得到平滑的接触面，然后在丙酮中超声清洗除油；

步骤2：将表面处理好的金属nb片和tial合金片叠合组装起来，放入热压炉中；

步骤3：给组装好的试样施加9.9mpa的轴向压力，真空热压烧结炉炉腔抽真空至0.45pa以下；以10℃/min的升温速率使真空热压烧结炉炉腔升至连接温度1150～1400℃，并保温8h，保温开始1h后撤去轴向压力；保温结束后连接试样以15℃/min的速率冷却至600℃，之后随炉冷却至室温，即完成了tial合金与金属nb扩散偶的制备。

与现有技术相比，采用本发明方法获得的样品，可以在单一样品上得到金属界面的结合部反应信息，进而获取tial合金与nb元素合金化的实验数据，减少了人力物力支出，为进行新型tial产品的研发和相关机理问题的研究提供了便利。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为材料组装图。

图2为热压烧结装置图。

图3为实施例1所得到的扩散偶的金相显微镜图。

图4为实施例2所得到的扩散偶的金相显微镜图。

图5为实施例2所得到的扩散偶的透射电镜图。

图中：1、tial基合金试件2、金属nb试件3、上压头4、热电偶5、组装好后的试样6、绝热层7、下压头8、垫片。

具体实施方案

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

实施例中所使用的tial基合金，其名义成分的原子比为ti-46al-8ta，nb为纯度为99.5％的金属nb。

步骤1：原材料表面处理。将试样切成φ20×4的小圆片，φ20×4的小圆片，依次采用240#、400#、600#、800#、1000#和1500#sic水砂纸对试样表面进行打磨，消除待连接表面的明显划痕后采用1.5#金刚石研磨膏进行机械抛光，使待连接表面呈现镜面效果，随后将试样浸入丙酮中超声波除油处理10min，并置于无水乙醇中保存。

步骤2：扩散偶组装。将待连接试样按连接要求组合成tial合金/nb/tial合金后放入真空热压烧结炉内。

步骤3：扩散偶制备。对组装好的试样施加9.9mpa的轴向压力。在实施扩散连接时，将真空热压烧结炉炉腔抽真空至0.45pa。以10℃/min的升温速率使真空热压烧结炉炉腔升至连接温度1350℃，并保温8h，保温开始1h后撤去轴向压力。保温结束后连接试样以15℃/min的速率冷却至600℃，之后随炉冷却至室温，即完成了tial合金与金属nb扩散偶的制备。

步骤4：试样经表面处理后观察到扩散偶接头连接良好，无孔洞，有明显的扩散层。借助高分辨的扫描测试手段，如tem、sem/eds、xrd、原子探针等，获取多元合金连续成分的大量相分布、硬度及弹性模量等数据信息。

实施例2：本实施方式与实施例1不同的是步骤2中采用的连接温度为1400℃。其它与实施例1相同。

通过附图3、4和5可以看出，采用本方法获得的试样能够得到更多不同成分分布下的合金组织和相组成，以及该组织所对应的材料性能。同时，还能清楚的观察到nb与tial合金互扩散现象，对研究nb与tial合金互扩散机理提供帮助。

以上结合实施例对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种制备TiAl合金与金属Nb扩散偶的方法，在真空热压烧结炉中给叠合组装好的TiAl合金与金属Nb试样施加9.9MPa的轴向压力，真空热压烧结炉炉腔抽真空至4.510‑1Pa以下；以10℃/min的升温速率使真空热压烧结炉炉腔升至连接温度1150～1400℃，并保温8h，保温开始1h后撤去轴向压力；保温结束后连接试样以15℃/min的速率冷却至600℃，之后随炉冷却至室温，即完成了TiAl合金与金属Nb扩散偶的制备。与传统实验方法相比，本发明可以在单一样品上得到金属界面的结合部反应信息，进而获取TiAl合金与Nb元素合金化的实验数据，减少了人力物力支出，为进行新型TiAl产品的研发和相关机理问题的研究提供了便利。

技术研发人员：孙红亮;黄坤;李阳;朱德贵
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2017.03.20
技术公布日：2017.08.22