[发明专利]一种铝锰铌三元素中间合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝锰铌三元素中间合金，按照质量百分比计，其包括如下成份：Mn20～30％、Nb20～30％、微量元素0.1～0.3％，微量元素包括Fe、O、C、N、Si，余量为Al。本发明还公开了一种铝锰铌三元素中间合金的制备方法，采用两步法熔炼制得铝锰铌三元素中间合金，中间合金中的杂质元素含量更低，两步法熔炼也使得铌元素的成分更佳均匀，采用本发明的铝锰铌三元素中间合金炼制钛铝金属间化合物，相比以往单独加锰和铌元素，减少了中间合金加入的种类，有利于钛铝金属间化合物熔炼的稳定性，减少成分偏析的概率，保证钛铝金属间化合物的成分及其均匀性。

技术领域

本发明涉及一种三元合金及其制备方法，具体是一种铝锰铌三元素中间合金及其制备方法。

背景技术

许多金属间化合物由于具有比重轻、强度高、高温力学性能和抗氧化性优异等特点，而被认为是一种理想的待开发的航空航天用高温结构材料。与其他金属间化合物相比，Ti-Al系由于铝化合物本身所具有的极高的抗氧化性、较高的比熔点、较低的密度以及钛极高的比熔点，而成为近年来人们研究开发的焦点，其强度指标与涡轮盘用普通变形镍基高温合金相近，而比重约为其一半。其抗氧化性能远优于普通钛铝合金，与抗氧化性最好的镍基高温合金相近。钛铝金属间化合物已经成为新一代航空发动机研究的热门材料。

研究表明，在TiAl合金中添加Mn元素后,使γ相晶格a和c轴都减小，并使c/a值接近1。Mn元素促使γ相中孪晶的形成,提高了TiAl合金的室温塑性。但金属Mn的熔点为1244℃，沸点为1962℃，其沸点低于钛铝金属间化合物熔炼时的温度，极易挥发，容易造成Mn元素在铸锭中的成分不均匀。

钛铝合金中加入高熔点Nb元素，是通过提高合金熔点，降低扩算和层错能，竟而提高蠕变性能，促进孪生变形，提高高温组织稳定性，以达到提高使用温度的目的。但合金中Ti、Al、Nb元素的熔点相差悬殊，密度差别也较大，Ti为1669℃、Al熔点为660℃、Nb为2467℃若同时以纯料形式混合，Al元素将大量烧损；Nb元素与基体偏差较大，为β相稳定元素，实际为非平衡凝固，Nb扩散慢，β相不能完全通过固态相变生成α相，残留于晶界，熔炼时溶解不充分将产生严重的偏析现象。

通常情况下，通过相关元素的中间合金代替纯金属原料是解决熔炼偏析的首要途径，现有熔炼选料设计时Nb元素通过Al-Nb中间合金方式加入，专利CN201310223853介绍了一种Ti₂AlNb基合金用NbTi中间合金及其制备方法；专利介绍了一种铝铌中间合金及其制备方法；专利CN200310119078介绍了一种铝钛铌中间合金及其制备方法。目前还没有AlMnNb三元素中间合金的相关专利。为此，我们提出一种铝锰铌三元素中间合金及其制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种铝锰铌三元素中间合金及其制备方法，设计了钛铝金属间化合物生产特需的铝锰铌三元素中间合金，来解决成分均匀性和元素挥发问题，以获得高质量的钛铝金属间化合物铸锭。

为解决上述技术问题，本发明提供一种铝锰铌三元素中间合金，按质量百分比计，其包括如下成份：Mn20～30％、Nb20～30％、微量元素0.1～0.3％，余量为Al。

所述的微量元素包括Fe、O、C、N、Si。

本发明还提供一种铝锰铌三元素中间合金的制备方法，包括如下步骤：

1)按质量百分比称取Nb₂O₅、高纯铝豆、CaF₂、KClO₃材料，并且混合均匀，在常温下装炉，所述Nb₂O₅的质量百分比为40～45％，所述高纯铝豆的质量百分比为40～45％，所述CaF₂的质量百分比为5～10％，所述KClO₃的质量百分比为5～10％；