[发明专利]一种复合冷坩埚定向凝固方法及其制备的TiAl基合金构件

权利要求书

1.一种用于高活性TiAl基合金的复合冷坩埚定向凝固方法，其特征在于所述方法步骤如下：

步骤一、将金属原料按原子比Ti–45Al–2Cr–2Nb进行熔炼，制成合金母锭待用；

步骤二、采用溶胶粘结剂法根据合金构件形状制备铸型待用；

步骤三、将步骤一得到的合金母锭切割后固定放置于步骤二制备的铸型内，将合金母锭和铸型放入定向凝固装置的电磁冷坩埚腔体内，其中铸型的下端浸入液态金属Ga-In冷却液中；

步骤四、将定向凝固装置抽真空后返充氩气；

步骤五、对电磁冷坩埚内的合金母锭进行电磁感应加热，使合金母锭熔化后保温2min；在1900～2100K温度下以0.6～1.2mm/min的速度向下抽拉铸型，当抽拉距离达到长度要求时，停止抽拉和加热，降温后即得定向凝固合金构件。

2.根据权利要求1所述一种用于高活性TiAl基合金的复合冷坩埚定向凝固方法，其特征在于步骤一所述熔炼采用电磁冷坩埚感应熔炼炉进行，具体步骤如下：

(一)按一定原子比准备如下金属原料：质量纯度均为99.99wt.％的高纯Ti和Al，质量纯度为99.98wt.％的纯Cr和Nb质量浓度为60wt.％的Al–Nb中间合金；

(二)将准备好的金属原料采用一层Ti、一层Al交替铺料，同时Al–Nb中间合金和Cr持续散落的方式放入冷坩埚，重复2～3次直至将所有原料全部加入冷坩埚内，关闭炉门抽真空至1Pa以下，开始加热使金属原料熔化，待物料完全熔化后继续加热使熔体保持过热状态5min以促进物料均匀混合，关闭电源使熔体冷却，得到合金母锭。

3.根据权利要求1所述一种用于高活性TiAl基合金的复合冷坩埚定向凝固方法，其特征在于步骤二所述溶胶粘结剂法，具体步骤如下：

(1)模具制备：根据定向凝固构件形状制备内腔与定向凝固构件形状一致的铝模具，利用该模具浇注蜡模；

(2)溶胶配制：将钇溶胶与粒径为260～325目的Y₂O₃细粉以质量比1:1.5配比混合在一起，搅拌至成为白色均匀溶胶停止；

(3)面层制备：采用机械和人工法将一层溶胶、一层面层Y₂O₃粉均匀涂在蜡模外表面，在一定温度和湿度下进行干燥，晾干后重复涂溶胶、Y₂O₃粉、干燥和晾干的步骤10次；

(4)背层添加：面层稳定干燥后，采用机械和人工法将一层溶胶、一层粒径为40～80目的背层Y₂O₃粗粉均匀涂在面层外表面，在一定温度和湿度下进行干燥，晾干后重复涂溶胶、Y₂O₃粗粉、干燥和晾干的步骤5次；

(5)脱蜡：将干燥炉的温度升至350～400℃，然后将所制备的铸型放置于干燥炉腔体内，保温3～5h至壳体内蜡模全部消失，取出；

(6)烧结：将脱蜡后铸型放置于高温烧结炉，以固定升温速率20℃/min升至800℃后保温1h，再升至1200℃并保温1h，最后升至1600℃保温3h后随炉冷却，得到铸型。

4.根据权利要求3所述一种用于高活性TiAl基合金的复合冷坩埚定向凝固方法，其特征在于步骤(3)所述面层Y₂O₃粉的粒径为60～100目。

5.根据权利要求3或4所述一种用于高活性TiAl基合金的复合冷坩埚定向凝固方法，其特征在于步骤(3)所述面层的干燥温度为20～25℃，干燥湿度为60～80％；步骤(4)所述背层的干燥温度为20～25℃，干燥湿度为30～60％。

6.根据权利要求1所述一种用于高活性TiAl基合金的复合冷坩埚定向凝固方法，其特征在于步骤四所述定向凝固装置抽真空的真空度为0.05～1Pa，返充氩气气压为300Pa。

7.一种由权利要求1-6任一所述的用于高活性TiAl基合金的复合冷坩埚定向凝固方法制备的TiAl基合金构件。