专利名称：一种高强度耐高温氧化的钛硅合金的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种高强度耐高温氧化的钛硅合金。
二背景技术：
Ti-Si共晶系合金熔点低(共晶成分的合金熔点仅为135(TC)、结晶区间小、 流动性好，弥补了传统铸造钛合金的熔点高(1680°C)、耗能多、结晶区间宽、 铸件易形成疏松或縮孔的缺陷。作为一种新型铸造钛合金，它有着与传统钛合 金不同的强化机制以韧性的a-Ti作为基体，硬脆相为高熔点、低密度的金属 间化合物TisSi:,。 TisSi3具有复杂的D88六方结构(MnsSi3型)，其性质类似于陶瓷， 可显著提高合金的强度，尤其是高温性能。近年来，随着工业技术对高温钛合 金的需求，世界各国都在深化研究现有钛合金的基础上，不断提高其抗氧化性 能。合金元素Al是a-Ti稳定性元素，对氧的亲和力高，更容易被氧化，可生成 具有保护性的氧化膜。Nb属于P同晶元素，在周期表上的位置靠近钛，具有与 P钛相同的晶格类型，能与e钛无限互溶，而在a钛中具有有限溶解度。由于 其晶格类型与P钛相同，它能以置换的方式大量溶入e钛中，产生较小的晶格 畸变，因此Nb在强化合金的同时，可保持其较高的塑性，且含Nb的钛合金不发 生共析或包析反应而生成脆性相，组织稳定性好。
三
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度耐高温氧化的钛硅合金。采用合金化的方 法，在合金中添加适量的Al和Nb元素，利用元素Al和Nb在基体Ti中的固溶行为，提高了钛硅合金的抗压强度和耐高温氧化性能。
本发明通过以下技术方案达到上述目的 一种高强度耐高温氧化的钛硅合 金，其原料组分及含量按重量百分比(Wt%)为
Ti 78.87-88.3%，
Si 7.33-8.2%，
Al和/或Nb 2.8-12.3%。
所述原料组分及含量按重量百分比(wt%)为
Ti 84.82-88.3%, Si 7.88-8.2%， Al 3.5-7.3%。
所述原料组分及含量按重量百分比(wt%)为
Ti 78.87—84.82%， Si 7.33—7.88%， Al 4.5—5.3%， Nb 2.8—8.5%。
所述原料组分及含量按重量百分比(wt%)为
Ti 80.25-81.44%, Si 7.45-7.56%, Nb 11.0-12.3%。
所述Ti、 Si、 Al和Nb元素纯度在99. 9%以上。
该合金利用常规真空非自耗电弧炉熔铸成合金锭。 本发明的突出优点在于
1、 采用合金化的方法，在合金中添加适量的Al和Nb元素，合金具有良好 的晶粒细化组织，不引入第三相粒子，提高了钛硅合金的抗压强度和耐高温氧 化性能，实验结果表明合金样品的抗压强度可达1498-1828 Mpa，在800-1000°C 高温下合金的氧化增重少，合金表面形成的氧化膜致密可对合金起到很好的保 护作用。
2、 此合金加工性能良好，不含稀贵金属，制造成本低，制得性能各异的钛
硅合金制品可应用于生产、生活等领域。
四
图1是本发明实施例1所述钛硅合金样品在800。C氧化200小时后的氧化 层形貌特征。
图2是本发明实施例2所述钛硅合金样品在90(TC氧化100小时后的氧化 层形貌特征。
图3是本发明实施例3所述钛硅合金样品在85(TC氧化350小时后的氧化 层形貌特征。
图4是本发明实施例4所述钛硅合金样品在850'C氧化350小时后的氧化 层形貌特征。
图5是本发明实施例5所述钛硅合金样品在IOO(TC氧化180小时后的氧化 层形貌特征。
五具体实施例方式
实施例1
原料组分及含量按重量百分比(wt%)为Ti 87.2， Si 7.9， Al 4.9的 用料配比称取原料，用常规真空非自耗电弧炉制备得钛硅合金样品，利用 Instron8801型材料试验系统对规格为5mmX5腿X10mm的此合金样品进行室温 压縮性能测试，其弹性模量、抗压强度和断裂应变量分别为35187 MPa、1561 MPa、 10. 82%。将此合金样品放入高温箱式电阻炉中进行80(TC恒温循环氧化试验， 通过分析氧化增重曲线，在整个氧化阶段，此合金的耐高温氧化能力明显增强， 且合金表面生成致密的氧化膜对合金具有良好保护作用。图1是此合金在80CTC 氧化200小时后的氧化层形貌特征。
实施例2
原料组分及含量按重量百分比(wt%)为Ti 85.4， Si 7.7， Al 6.9的 用料配比称取原料，用常规真空非自耗电弧炉制备得钛硅合金样品，利用Instron8801型材料试验系统对规格为5mmX 5mmX 10mra的此合金样品进行室温 压縮性能测试，其弹性模量、抗压强度和断裂应变量分别为33295 MPa、 1644.5 MPa、 9.86%。将此合金样品放入高温箱式电阻炉中进行90(TC恒温循环氧化试 验，通过分析氧化增重曲线，在整个氧化阶段，此合金的耐高温氧化能力明显 增强，且合金表面生成致密的氧化膜对合金具有良好保护作用。图2是此合金 在90(TC氧化100小时后的氧化层形貌特征。 实施例3
原料组分及含量按重量百分比(wt%)为Ti 84.45， Si 7.65， Al 4. 9 ， Nb 3.0的用料配比称取原料，用常规真空非自耗电弧炉制备得钛硅合金样品， 利用Instron8801型材料试验系统对规格为5腿X 5mmX 10腿的此合金样品进行 室温压縮性能测试，其弹性模量、抗压强度和断裂应变量分别为32870 MPa、 1498 MPa、 9.77%。将此合金样品放入高温箱式电阻炉中进行850。C恒温循环 氧化试验，通过分析氧化增重曲线，在整个氧化阶段，此合金的耐高温氧化能 力明显增强，且合金表面生成致密的氧化膜对合金具有良好保护作用。图3是 此合金在85CTC氧化350小时后的氧化层形貌特征。
实施例4
原料组分及含量按重量百分比(wt%)为Ti 79.86， Si 7.24， Al 4.9 ， Nb 8.0的用料配比称取原料，用常规真空非自耗电弧炉制备得钛硅合金样品， 利用Instron8801型材料试验系统对规格为5mmX5mmX lOram的此合金样品进行 室温压縮性能测试，其弹性模量、抗压强度和断裂应变量分别为38830 MPa、 1828 MPa、 8.48%。将此合金样品放入高温箱式电阻炉中进行85(TC恒温循环 氧化试验，通过分析氧化增重曲线，在整个氧化阶段，此合金的耐高温氧化能 力明显增强，且合金表面生成致密的氧化膜对合金具有良好保护作用。图4是此合金在85(TC氧化350小时后的氧化层形貌特征。 实施例5
原料组分及含量按重量百分比(wt%)为Ti 81.0， Si 7.4， Nb 11. 6的 用料配比称取原料，用常规真空非自耗电弧炉制备得钛硅合金样品，利用 Instron8801型材料试验系统对规格为5mmX5mmX10mm的此合金样品进行室温 压縮性能测试，其弹性模量、抗压强度和断裂应变量分别为35630 MPa、 1528 MPa、 9.35%。将此合金样品放入高温箱式电阻炉中进行IOO(TC恒温循环氧化试验， 通过分析氧化增重曲线，在整个氧化阶段，此合金的耐高温氧化能力明显增强， 且合金表面生成致密的氧化膜对合金具有良好保护作用。图5是此合金在 IOOO'C氧化180小时后的氧化层形貌特征。
权利要求
1、一种高强度耐高温氧化的钛硅合金，其特征在于，其原料组分及含量按重量百分比(wt％)为Ti 78.87-88.3％，Si 7.33-8.2％，Al和/或Nb 2.8-12.3％。
2、 根据权利要求1所述的高强度耐高温氧化的钛硅合金，其特征在于，所 述原料组分及含量按重量百分比(wt%)为.'Ti 84. 82%-88. 3%， Si 7. 88%-8. 2。％， Al 3.5%-7.3%。
3、 根据权利要求1所述的高强度耐高温氧化的钛硅合金，其特征在于，所 述原料组分及含量按重量百分比(wt%)为Ti 78. 87%-84. 82%， Si 7. 33%-7. 88%, Al 4.5%-5. 3%， Nb 2.8-8.5%。
4、 根据权利要求1所述的高强度耐高温氧化的钛硅合金，其特征在于，所 述原料组分及含量按重量百分比(wt%)为Ti 80. 25%-81. 44%, Si 7.45%-7. 56%， Nb 11.0% 12. 3%。
5、 根据权利要求1所述的高强度耐高温氧化的钛硅合金，其特征在于，所 述Ti、 Si、 Al和Nb元素纯度在99.9。/。以上。
全文摘要
一种高强度耐高温氧化的钛硅合金，其原料组分及含量按重量百分比为Ti 78.87-88.3％，Si 7.33-8.2％，Al和/或Nb 2.8-12.3％。本发明所述的高强度耐高温氧化的钛硅合金，其抗压强度可达1498-1828MPa，在800-1000℃高温下合金的氧化增重少，合金表面形成的氧化膜致密可对合金起到很好的保护作用。并且该合金的加工性能良好，不含稀贵金属，制造成本低，可广泛应用于生产、生活等领域。
文档编号C22C14/00GK101497952SQ200910113890
公开日2009年8月5日 申请日期2009年2月25日 优先权日2009年2月25日
发明者赞 孙, 张新疆, 湛永钟 申请人:广西大学