专利名称：采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种金属间化合物合金靶材的制备方法，具体是一种采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法。
背景技术：
磁控溅射镀膜是一种新型的物理气相镀膜方式，较之较早点的蒸发镀膜方式，其很多方面的优势相当明显。作为一项已经发展的较为成熟的技术，磁控溅射已经被应用于许多领域。磁控溅射镀膜靶材分为金属溅射镀膜靶材，合金溅射镀膜靶材，陶瓷溅射镀膜靶材，硼化物陶瓷溅射靶材，碳化物陶瓷溅射靶材，氟化物陶瓷溅射靶材，氮化物陶瓷溅射靶材，氧化物陶瓷靶材等。Ti-Al合金靶材是多弧离子镀(Ti，Al) N薄膜的核心材料，要求其成分均勻，纯洁度高、致密。(Ti，Al)N薄膜较TiN薄膜具有更好的附着性，硬度HRC>70，韧性好，使用温度比TiN膜约高200°C，使刀具寿命提高5-6倍，因此这种薄膜在刃具镀膜行业具有广阔的应用前景。目前国外广泛应用在汽车内燃机、精密器件的加工工业上的钻头、铣刀、车刀等刃具上，其加工精度高，延长自动生产线上使用时间，提高效率。目前对TiAl靶材的杂质成分控制在C<0. 03%, 0<0. 5%，H<0. 03%。TiAl合金靶材主要用于多弧离子镀膜。 由于该合金各成分组元熔点差别大，熔炼反应热高等特点，使得该合金在制备过程中存在明显的气孔，偏析等缺陷，同时也容易产生裂纹等严重质量问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对TiAl合金的特征，提供一种采用真空自耗电弧炉熔炼用于刃具镀膜行业的TiAl合金的方法。该方法制备得到的TiAl合金无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均勻。本发的目的是通过以下技术方案实现的
本发明涉及一种采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，包括以下步骤
(a)、称料称取海绵态金属Ti与块体金属Al，混合；
(b)、压制电极将步骤(a)中混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在 2. 2 4. 0公斤，其中Ti与Al混合均勻布料；
(C)、焊接电极将步骤(b)中压制好的两个电极焊接成熔炼电极；
(d)、真空自耗熔炼一次锭将步骤(c)中焊接的TiAl电极在IOkg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径80mm的TiAl —次锭；
(e)、焊接二次熔炼电极将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；
(f)、真空自耗熔炼二次锭将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径120mm的TiAl 二次锭。优选的，步骤(a)中，所述称取的金属Ti与Al中，Ti的重量百分比含量为50 87. 5%, Al的重量百分比含量为12. 5 50%。
优选的，步骤(C)中，所述焊接是采用钨极氩弧焊焊接的。优选的，步骤(d)中，所述一次锭熔炼的电流为1.5 2.0kA，工作真空度为 1. 0X10E々a。优选的，步骤(f)中，所述二次锭熔炼的电流为3.0 3.6kA，工作真空度为 1. 0X10E々a。与现有技术相比，本发明具有的有益效果为本发明工艺简单，成本低廉，采用本发明的方法可制得无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均勻的TiAl合金靶材。
图1为实施例3的TiAl合金二次锭的示意图2为实施例3的TiAl合金二次锭的微观组织照片图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1
采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金，具体步骤如下
(a)、称料将金属Ti与金属Al按照质量比Ti87. 5%，Al 12. 5%的比例称取、混合；
(b)、压制电极将按比例称取混合的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在2.2公
斤；
(C)、焊接电极将每两个压制好的电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；
(d)、真空自耗熔炼一次锭将焊接的TiAl电极在IOkg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼， 电流2. OkA,工作真空度为1. OX IOE-1Pa,采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径80mm的 TiAl 一次锭；
(e)、焊接二次熔炼电极将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；
(f)、真空自耗熔炼二次锭将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流3. 6kA,工作真空度为1. OX IOE-1Pa,采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径 120mm 的 TiAl 二次锭。实施例2
采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金，具体步骤如下
(a)、称料将金属Ti与金属Al按照质量比Ti75%，Al 25%的比例称取、混合；
(b)、压制电极将按比例称取混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在4.0 公斤；
(C)、焊接电极将每两个压制好的电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极； (d)、真空自耗熔炼一次锭将焊接的TiAl电极在IOkg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼， 电流1. 8kA,工作真空度为1. OX IOE-1Pa,采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径80mm的 TiAl 一次锭；(e)、焊接二次熔炼电极将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；
(f)、真空自耗熔炼二次锭将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流3. 5kA,工作真空度为1. OX IOE-1Pa,采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径 120mm 的 TiAl 二次锭。实施例3
采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金，具体步骤如下
(a)、称料将金属Ti与金属Al按照质量比Ti64%，Al 36%的比例称取、混合；
(b)、压制电极将按比例称取混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在2.8 公斤；
(C)、焊接电极将每两个压制好的电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；
(d)、焊接二次熔炼电极将焊接的TiAl电极在IOkg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼， 电流1. 5kA,工作真空度为1. OX IOE4Pa,采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径80mm的 TiAl 一次锭；
(e)、真空自耗熔炼二次锭将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；
(f)、真空自耗熔炼二次锭将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流3. 4kA,工作真空度为1. OX IOE-1Pa,采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径 120mm 的 TiAl 二次锭。实施例4
采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金，具体步骤如下
(a)、称料将金属Ti与金属Al按照质量比Ti50%, Al 50%的比例称取、混合；
(b)、压制电极将按比例称取混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在3.4 公斤；
(C)、焊接电极将每两个压制好的电极采用钨极氩弧焊焊接成熔炼电极；
(d)、真空自耗熔炼一次锭将焊接的TiAl电极在IOkg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼， 电流1. 5kA,工作真空度为1. OX IOE4Pa,采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径80mm的 TiAl 一次锭；
(e)、焊接二次熔炼电极将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；
(f)、真空自耗熔炼二次锭将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，电流3. 0 kA,工作真空度为1. OX IOE-1Pa,采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径 120mm 的 TiAl 二次锭。本发明工艺采用传统的真空自耗熔炼的方法，制备工艺简单，可通过简单的置换水冷坩埚来得到不同尺寸的合金铸锭，无需特别的熔炼装置；成本低廉，采用的原料直接为海绵钛和铝块，原料成本低廉，熔炼能耗低；采用本发明的方法可制得无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均勻的TiAl合金靶材铸锭。实施例1 4制得的TiAl合金二次锭铸锭表面均没有明显的气孔等缺陷，图1所示为实施例3的直径为120mm的TiAl合金二次锭的铸锭照片，可以看到铸锭表面没有明显的气孔等缺陷。图2所示为实施例3的TiAl 二次锭的微观组织照片，组织大小均勻，未见偏析，晶粒大小不均等缺陷。
权利要求
1.一种采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于，包括以下步骤(a)、称料称取海绵态金属Ti与块体金属Al，混合；(b)、压制电极将步骤(a)中混合好的金属Ti与Al压制成电极，每个电极控制在 2. 2 4. 0公斤，其中Ti与Al混合均勻布料；(C)、焊接电极将步骤(b)中压制好的两个电极焊接成熔炼电极；(d)、真空自耗熔炼一次锭将步骤(c)中焊接的TiAl电极在IOkg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为80mm的铜坩埚，熔炼出直径80mm的TiAl —次锭；(e)、焊接二次熔炼电极将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；(f)、真空自耗熔炼二次锭将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，采用直径为120mm的铜坩埚，熔炼出直径120mm的TiAl 二次锭。
2.根据权利要求1所述的采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于， 步骤(a)中，所述称取的金属Ti与Al中，Ti的重量百分比含量为50 87. 5%，Al的重量百分比含量为12. 5 50%。
3.根据权利要求1所述的采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于，步骤(c)中，所述焊接是采用钨极氩弧焊焊接的。
4.根据权利要求1所述的采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于，步骤(d)中，所述一次锭熔炼的电流为1. 5 2. OkA,工作真空度为1. OX lOEla。
5.根据权利要求1所述的采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，其特征在于，步骤(f)中，所述二次锭熔炼的电流为3. 0 3. 6kA,工作真空度为1. OX ΙΟΕ—1!^。
全文摘要
本发明公开了一种采用真空自耗电弧炉熔炼TiAl合金的方法，步骤如下称取金属Ti与金属Al，混合；将混合好的金属Ti与Al分别压制成2.2～4.0公斤的电极；将两个电极焊接成熔炼电极；焊接的TiAl电极在10kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼出直径80mm的TiAl一次锭；将熔炼的一次锭用车床去头、平尾，每6个一次锭采用钨极氩弧焊焊接成二次电极；将焊接的TiAl二次电极在150kg真空自耗电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼出直径120mm的TiAl二次锭。称取的金属Ti与金属Al中，Ti的重量百分比含量为50～87.5%，Al的重量百分比含量为12.5～50%。与现有技术相比，本发明工艺简单，成本低，可制得无明显气孔、偏析等缺陷，组织大小均匀的TiAl合金靶材。
文档编号C22B9/20GK102312111SQ20111026360
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者吕维洁, 张荻, 王敏敏, 王立强, 覃继宁, 陈科 申请人:上海交通大学