[发明专利]一种添加Sn强化烧结粉末冶金TiAl基合金的方法

说明书

本发明涉及一种添加Sn强化烧结粉末冶金TiAl基合金的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：粉末原料准备，选取TiAl预合金粉末和Sn粉，并确定TiAl预合金粉末与Sn粉的配比；S2：混合，将S1步骤准备的粉末放入混料机中混合均匀；S3：制坯，将S2步骤混合后的粉末制备成生坯料；S4：烧结，将S3步骤的所述坯料放入烧结炉中，在真空条件下或者惰性气体保护条件下无压烧结；保温结束并随炉冷却后获得添加Sn强化烧结粉末冶金钛铝合金。该方法添加Sn强化烧结的钛铝合金材料致密度高，成分均匀，组织细小，其力学性能明显优于未添加合金，并且对基体高温力学性能及高温抗氧化性能无不良影响。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种钛铝金属间化合物制备方法。

背景技术

钛铝(TiAl)基金属间化合物具有比重低、高温强度好、抗氧化及抗蠕变性能优良等特点，同其他高温合金相比具有更加优异的高温综合性能，被认为是最有应用前景的新一代轻质高温结构材料。但是TiAl基合金室温延性低，塑性加工成形困难的问题阻碍其工业化应用。相对于传统铸造工艺，粉末冶金制备工艺具有独特优势，它不仅可以获得均匀细晶组织，而且可以直接制备出具有或接近最终形状的零件，因此成为解决TiAl基合金发展瓶颈的有效途径。

随着粉体制备技术的不断发展，目前采用等离子旋转电极雾化法、无坩埚感应加热连续惰性气体雾化法、自蔓延高温合成法、流化床气流磨研磨法、射频等离子体球化法等技术均可有效制备TiAl基合金粉末。但以合金粉末为原料制备TiAl基合金过程中发现合金粉末烧结活性低、致密化困难，导致粉末冶金TiAl合金力学性能得不到充分发挥。通常为实现TiAl合金粉末成形坯致密化，需要在靠近液相线温度下高温烧结或者加压烧结，如放电等离子烧结，热压，热等静压等等。而采用这些工艺往往导致制品形状单一，复杂零件无法制备，且制备成本大大增加。因此，实现高性能TiAl基合金的无压烧结致密化是目前粉末冶金TiAl合金领域发展所面临的核心问题。

采用添加烧结助剂进行强化烧结已经在W-Cu，8YSZ，Ti-Ni等材料体系中得到广泛应用，其机理为通过生成液相在粉末颗粒间提供快速扩散通道促进合金致密化，降低烧结温度及改善烧结性能。目前针对TiAl合金强化烧结的相关报道较为鲜见。曾有研究指出，添加Ni、Cu等元素可提高合金粉末的烧结致密化程度，改善TiAl基合金的室温力学性能。而添加元素的选择除了促进烧结外，还应作为合金化元素避免对合金综合性能产生不利影响。有研究表明Cu、Ni添加元素会对合金高温力学性能和高温抗氧化性能产生不利影响。因此除现有的研究报道外还有必要继续探索其他更为合适的烧结助剂。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种添加Sn强化烧结粉末冶金TiAl基合金的方法，以实现低成本制备高致密、高性能的TiAl基合金材料。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种添加Sn强化烧结粉末冶金TiAl基合金的方法，所述方法包括如下步骤：

S1：粉末原料准备，选取TiAl基预合金粉末和Sn粉，并确定预合金粉末与Sn粉的配比；

S2：混合，将S1步骤准备的粉末放入混料机中混合均匀；

S3：制坯，将S2步骤混合后的粉末制备成生坯料；

S4：烧结，将S3步骤的所述坯料放入烧结炉中，在真空条件下或者惰性气体保护条件下无压烧结；保温结束并随炉冷却后获得添加Sn强化烧结粉末冶金TiAl基合金。

进一步，所述S1步骤中，所述TiAl基预合金粉末组成成分以原子百分比计：Al含量为43～49at.％，Nb含量为：0～9at.％，微合金化元素总含量为0～2at.％，余量为Ti；所述Sn粉添加量占Sn粉和TiAl基预合金粉末总质量的0.8～8wt.％。

进一步，所述微合金化元素为Cr、B、W、Y、V中的任一种或多种。