[发明专利]一种定向凝固高铌钛铝基合金的制备方法

权利要求书

1.一种定向凝固高铌钛铝基合金的制备方法，其特征在于合金成分原子百分比为：(43-49)Ti-(45-46)Al-(6-9)Nb-(0-0.5)(W、Mn)-(0-0.5)(C、B)-(0-0.5)Y，生产工艺为：

(1)母合金熔炼：用等离子电弧或真空感应悬浮炉进行熔炼，并浇铸成锭；

(2)制备内壁涂层的高纯氧化铝陶瓷坩埚，氧化铝坩埚尺寸为：Φ(7-25)×120mm，涂层组成成份的体积百分比为：(87-93)％氧化钇+(2-3)％磷酸盐+(5-10)％膨润土；

(3)将铸态母合金原料线切割成圆柱体(Φ(6-20)×100mm)试样，放入上述坩埚并将其装入改进后的区熔与定向凝固系统，抽真空至3×10^-3Pa，再往系统内充入高纯氩气至380Pa，打开系统电源进行加热，直至超过合金熔点20-500K为止，即1930K-2410K，加热速度为15-20K/分钟，到温后保温15-30分钟使合金充分熔化均匀；

(3)开始定向凝固，通过区域与定向凝固系统上的PLC面板控制定向凝固速度为1-100μm/s；

(4)定向凝固完成后，通入空气，取出坩埚并轻轻将外层陶瓷敲碎，取出试样并将其表面打磨抛光即得到定向凝固高铌钛铝基合金。

2.根据权利要求1所述的定向凝固高铌钛铝基合金制备方法，其特征是根据需要，在试样底端引入籽晶，籽晶要求为棒状钛铝基合金单晶，横截面直径与母合金相同，高5-25mm，与母合金底端进行氩弧焊焊接组装后，再进行定向凝固过程，定向凝固完成后切除籽晶部位。

3.根据权利要求1所述的定向凝固高铌钛铝基合金制备方法，其特征是改后的进区熔与定向凝固系统由钨铼热电偶(1)、绝热板(2)、高铌钛铝合金(3)、石墨套(4)、高纯氧化铝坩埚(5)、坩埚涂层(6)、热电偶保护套(7)、感应线圈(8)、导热底座(9)、热辐射挡板(10)、液态金属冷却液(11)、水冷系统(12)组成；钨铼热电偶外部设有热电偶保护套，并插在高铌钛铝合金棒心部，测量高铌钛铝合金内部温度；高纯氧化铝坩埚内壁涂有惰性涂层以阻隔合金料体在高温下与坩埚发生化学反应；高纯氧化铝坩埚安装在石墨套内部并保持与之同心位置；绝热板设在石墨套外，保证凝固系统内的恒温环境，促使柱状晶沿轴向生长；感应线圈设在绝热板外围，并对绝热板内部的石墨套进行感应加热；位于石墨套下部的热辐射挡板防止辐射的热量流失，保持凝固系统内的恒温环境并增加凝固系统与冷却系统的温度差以提高温度梯度；与合金底端接触的导热底座在定向凝固过程中起到固定坩埚及单导热的作用，使合金沿轴向向上凝固；液态金属冷却液直接冷却导热底座与坩埚，水冷系统对液态金属冷却液进行冷却。

4.根据权利要求3所述的改后的进区熔与定向凝固系统，其特征是将原区熔系统单匝感应线圈改为多匝线圈，并在感应线圈与坩埚之间安置石墨套，屏蔽磁场对凝固过程的影响，并通过感应线圈加热石墨套，为高铌钛铝合金提供稳定的高温热源；坩埚外壁与石墨套内壁相距2-3mm。

5.根据权利要求3所述的改后的进区熔与定向凝固系统，其特征是在石墨套屏蔽磁场干扰的条件下，采用钨铼热电偶对合金及熔体进行测温，控制升温速度及定向凝固前熔体过热度。

6.根据权利要求3所述的改后的进区熔与定向凝固系统，其特征是液态金属冷却液采用Ga-In-Sn合金液。