[发明专利]一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种高硬度、高氧化性Ti‑Al‑Nb‑Re合金的制备方法。本发明按照原子百分比取50‑51份的纯度为96.7％的海绵钛、2份的99.99％的铌粉、47份99.91％的Al块和0‑1份的纯度为99.95％的稀土Re为原料，采用真空中频感应熔炼炉在氩气保护气氛下熔炼。按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀土Re，随后放置Nb、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门。熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10^‑3Pa，再充入高纯氩气到100Pa。开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw。为了保证铸锭化学成分的均匀性，每个样品翻转熔炼四次；熔炼结束后，将金属液模具浇注成棒状试样，待其冷却取出。本发明制备的Ti‑Al‑Nb‑Re合金的具有很好的力学性能及抗氧化性。

技术领域

本发明涉及一种高硬度、高氧化性Ti-Al-Nb-Re合金的制备方法。

背景技术

提高发动机的工作效率、推重比、节省燃料及降低环境污染是现代航空发动机设计的目标，也是航空、航天材料研究的主导方向。而实现这一目标的重要途径之一就是提高发动机工作温度和减轻发动机自身重量。因而迫切需要发展具有比强度高、比模量高和优良高温性能的轻质材料。其中金属间化合物TiAl具有低密度、较高弹性模量及良好的高温强度、抗蠕变和抗氧化能力。目前，TiAl合金的研究虽然已经取得了长足的进展，但在高于800℃以上温度工作时，仍表现出较差的抗氧化性和抗高温蠕变性能。因而第三代TiAl合金应运而生，其成分主要是Ti-(45～46)Al-(4～8)Nb，比普通TiAl合金使用温度高60～100℃、强度提高约300～500MPa。同时，高Nb-TiAl合金兼顾了TiAl合金密度低、晶体结构简单及组织控制容易等优点。因此高Nb合金化己经成为国内外TiAl合金发展的方向。但是高Nb-TiAl合金的却因其室温塑性低，导致制备加工困难，限制了其工业化应用进程。

众所周知，稀土元素具有特殊的物质结构，因而具有优异的物理、化学、磁、光、电学性能，有着极为广泛的用途。同时，稀土元素对合金的晶界具有净化作用，因此稀土元素可进一步提高Nb-TiAl合金的长时抗氧化性，显著提高氧化膜的抗剥落能力。因而，本发明在高Nb-TiAl合金中添加稀土Re元素，以期进一步提高高Nb-TiAl合金的长时抗氧化性，获得高硬度和抗氧化能力的新型Nb-TiAl合金。

真空中频感应熔炼炉，是在真空条件下，利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料来进行熔炼的方法。具有熔炼体积小，抽真空时间和熔炼周期短，便于温度压力控制、易于回收易挥发元素和成分控制准确等特点。

发明内容

为解决Nb-TiAl合金现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种高硬度、高氧化性的Ti-Al-Nb-Re合金制备方法。

本发明的形状记忆合金按如下方法进行制备：按照原子百分比取50-51份的纯度为96.7％的海绵钛、2份的99.99％的铌粉、47份99.91％的Al块和0-1份的纯度为99.95％的稀土Re为原料，采用真空中频感应熔炼炉在氩气保护气氛下熔炼。按照以下顺序依次放置原料：首先放置稀土Re，随后放置Nb、Al片，最后将海绵Ti元素放在熔炼炉中最上层，关闭侧炉门。熔炼前，采用机械泵、罗茨泵抽真空到6.67×10^-3Pa，再充入高纯氩气到100Pa。开始熔炼，控制熔炼功率不要高于500Kw。为了保证铸锭化学成分的均匀性，每个样品翻转熔炼四次；熔炼结束后，将金属液模具浇注成棒状试样，待其冷却取出。