[发明专利]一种增材制造用钛铝基合金粉末材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种增材制造用钛铝基合金粉末材料，由以下原子百分比的原料制成：Al47％～56％，Cr1.6％～2.3％，Mo1.6％～2.0％，TiB₂0.6％～1.2％，余量为Ti和不可避免的杂质；另外，本发明还提供了制备该合金粉末材料的方法：一、采用陶瓷导流内芯对石墨导流管的内壁进行保护；二、在石墨导流管的端面处制备防高温碳化涂层后将其装入熔炼室中；三、采用真空自耗电弧熔炼制备锭坯；四、采用水冷铜坩埚熔炼制备合金熔液；五、雾化处理得到增材制造用钛铝基合金粉末材料。该合金粉末材料是为增材制造工艺设计的合金体系，采用该合金粉末材料通过增材制造技术制得的产品，其各项性能均达到了预期效果。

技术领域

本发明属于增材制造与粉末冶金技术领域，具体涉及一种增材制造用钛铝基合金粉末材料及其制备方法。

背景技术

航空航天和汽车工业的发展对发动机叶片、涡轮增压器等关键部位材料的性能提出了更加苛刻的要求，以TiAl基合金为代表的金属间化合物材料由于同时存在金属键和共价键，兼有金属材料的韧性和陶瓷的高温性能，具有低的密度、优良的抗氧化性、良好的高温比强度等性能，成为最有发展前景的新一代高温结构材料。然而，由于TiAl金属间化合物具有长程有序结构和晶体结构，其室温塑性和断裂韧性较差，极大地限制了TiAl基合金的应用。因此，目前有序强化的TiAl金属间化合物成分设计和材料的加工应用技术程度很低。近年来，以激光或电子束选区熔化技术为代表的金属增材制造装备及工艺技术获得了飞速发展，推动了TiAl基合金的加工应用的技术革新，同时也引起了材料工作者们极大的兴趣。

目前，以美国GE公司为代表的欧美发动机公司开发了多种航空发动机用铸造或锻造的TiAl金属间化合物成分体系，其中公开报道的以铸造和锻造工艺为基础的合金体系包括：Ti-48Al-2Cr-2Nb(即4822合金)，Ti-45Al-4Nb-4Ta，Ti-45Al-(8/10)Nb、Ti-(45,47)Al-2Mn-2Ni-0.8TiB₂。这些TiAl金属间化合物成分体系材料使用温度可达700℃左右，其中最具代表的是美国GE公司开发的4822合金。该种合金被美国Howmet公司首次铸造出低压涡轮叶片，随后美国GE公司宣布将采用4822合金制造GEnxTM发动机低压涡轮叶片。直到2011年，4822合金正式应用于波音787-8；2012年，在波音787-8飞机上最后两级低压涡轮叶片使用4822合金，重量减轻约400磅，节油20％，降噪50％，减少NO_x排放量80％，节能降噪减排的显著效果。截止到2016年2月，先后制造出25万个TiAl叶片，累计发行660万小时和110万运行周次。GE公司伙伴SNEVMA计划使用4822合金作为LEAPTM发动机低压涡轮叶片取代CFM56发动机装配的波音737、部分A320neo和中国的C919飞机，TiAl基合金取代Ni基高温合金作飞机发动机低压涡轮叶片受到了包括GE和Rolls-Royce等发动机制造公司的高度重视。因形势需要，我国也将大力投入到增材制造TiAl基合金航空发动机叶片的研发工作中，本发明是联合航空发动机制造企业采用增材制造加工工艺开发的合金体系。