相γ-TiAl金属间化合物的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种金属间化合物的制备方法。
【背景技术】
[0002]γ-TiAl基合金是一种新型的高温结构材料，具有高熔点、低密度、高弹性模量以及较好的高温强度、阻燃能力、抗氧化性等优点，是一种具有广阔应用前景的新型轻质耐热高温结构材料，被认为是极具竞争潜力的下一代航空发动机用结构材料之一。然而，TiAl金属间化合物实用化的缺点(室温塑性低、高温热加工性能差，以及800°C以上的抗氧化能力不足)限制了其广泛应用。
[0003]经过二十多年来各国研宄者们深入、细致的基础研宄工作，目前，为了提高TiAl合金的热加工性能，通常采取以下几种方法:大量使用β稳定元素，从而使得材料中具有大量β相；制备具有双态组织或者近γ组织的原始铸态组织；通过添加Υ、Β等元素细化原始的铸态组织；采用多步热机械处理工艺。但是，大量的研宄证明:β相的引入将削弱材料自身的蠕变性能；具备双态组织或者近γ组织的材料其综合力学性不能够达到最佳匹配，高温性能差，难以满足使用需求；加入细化剂可以从一定程度上解决其高温热加工性能差的难题，但是其改善效果依然无法满足实际生产需求；多步热机械处理工艺得到的TiAl合金的热加工窗口也很窄，后续热加工成本依旧十分高昂。而T3是一种T1-Al-Ni三元合金，其熔点为1280°C左右，在TiAl合金传统的热加工温度区间具有软化的特点，可代替β相在TiAl合金高温变形中的作用，降低TiAl合金的加工区间，改善iAl合金的热加工性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决β相的引入将削弱材料自身的蠕变性能的技术问题，提供了一种不含β相的具有良好热加工性能的含13相γ-TiAl金属间化合物的制备方法。
[0005]含τ 3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法按照以下步骤进行:
[0006]一、称取原料:按照Al元素摩尔百分含量为45?48%、Ni元素摩尔百分含量为2?3%和余量的Ti的比例称取海绵钛、高纯铝和镍豆；
[0007]二、将步骤一中称取的原料按照从下至上为海绵钛层、高纯铝层、镍豆层和海绵钛层的顺序通过金属压块机进行压块成型，得到压块；
[0008]三、将压块放入到水冷铜坩祸感应熔炼炉中，熔炼前将金属铸型预热至300?400°C，将水冷铜坩祸真空感应熔炼炉抽真空至1.0?3.0X l(T3mbar，以10?15kW/min速率将熔炼功率升至85?90kW，然后在功率为85?90kW的条件下熔炼360?480s，得熔体；
[0009]四、将步骤三得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，并随炉冷却，即得含τ 3相Y-TiAl金属间化合物。
[0010]步骤一中所述海绵钛的质量纯度为99.7%。
[0011]步骤一中所述高纯铝质量纯度为99.99%。
[0012]步骤一中所述镍豆的质量纯度为99.99%。
[0013]本发明具有以下效果:
[0014]一、本发明添加了 Ni元素，引入了 τ 3相，该相具有高温软化的特点，改善传统
Y-TiAl基合金的热变形能力；
[0015]二、确定了 Ni的最佳加入量范围，在材料凝固过程中，Ni的加入改变了合金的凝固路线，由传统的L —L+β — α…变为L —L+β — α + τ3...，得到的γ-TiAl金属间化合物材料显微组织细小均匀、无明显偏析，有利于后续的热机械处理。
【附图说明】
[0016]图1是实验一制备的含τ 3相γ -TiAl金属间化合物的2000倍的SEM-BSE图；
[0017]图2是实验一制备的含τ 3相γ-TiAl金属间化合物的热加工效果图，图中X表示开裂，〇表示完好；
[0018]图3是传统γ-TiAl基合金的热加工效果图，图中X表不开裂，〇表不完好；
[0019]图4是实验一制备的含τ 3相γ -TiAl金属间化合物经热加工后的组织结构图。
【具体实施方式】
[0020]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0021]【具体实施方式】一:本实施方式含τ 3相γ-TiAl金属间化合物的制备方法按照以下步骤进行:
[0022]—、称取原料:按照Al元素摩尔百分含量为45?48%、Ni元素摩尔百分含量为2?3%和余量的Ti的比例称取海绵钛、高纯铝和镍豆；
[0023]二、将步骤一中称取的原料按照从下至上为海绵钛层、高纯铝层、镍豆层和海绵钛层的顺序通过金属压块机进行压块成型，得到压块；
[0024]三、将压块放入到水冷铜坩祸感应熔炼炉中，熔炼前将金属铸型预热至300?400°C，将水冷铜坩祸真空感应熔炼炉抽真空至1.0?3.0X l(T3mbar，以10?15kW/min速率将熔炼功率升至85?90kW，然后在功率为85?90kW的条件下熔炼360?480s，得熔体；
[0025]四、将步骤三得到的熔体浇铸到预热后的金属铸型中，并随炉冷却，即得含τ3相Y-TiAl金属间化合物。
[0026]本实施方式中所述的海绵钛、高纯铝、镍豆均为市售产品。
[0027]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是步骤一中所述海绵钛的质量纯度为99.7%。其它与【具体实施方式】一相同。
[0028]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是步骤一中所述高纯铝质量纯度为99.99%。其它与【具体实施方式】一或二之一相同。
[0029]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是步骤一中所述镍豆的质量纯度为99.99%。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0030]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是步骤三中熔炼前将金属铸型预热至350°C。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0031]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是步骤三中将水冷铜坩祸真空感应熔炼炉抽真空至2.0X 10_3mbar。其它