[发明专利]一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法

说明书

本发明涉及一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，属于TiAl基合金构件制备与工艺技术领域。本发明的方法可以将碳钢包套热等静压致密化TiAl基合金粉末的使用温度提高到1400℃以下，因此可以直接利用热等静压致密化方法获得具有近γ组织、双态组织、近全片层组织或者全片层组织的压坯，为高性能TiAl基合金的制备提高了新的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，属于TiAl基合金构件制备与工艺技术领域。

背景技术

在热等静压粉末冶金工艺中，包套中的粉末处于一个较好的真空状态。在热等静压过程中，外界压力通过包套作用在粉末中，促使粉末在包套中压缩、充分变形及扩散，形成具有一定形状的压坯。因此，在热等静压过程中，保持包套的完整性和可靠性十分必要。

由于焊接性能好，价格低，碳钢是常用的热等静压致密化钛合金粉末的包套材料。但是，在用于热等静压致密化TiAl基合金粉末的过程中，当热等静压温度超过1260℃，碳钢包套与TiAl基合金之间由于原子扩散而形成Ti_xFe_y、Fe_xAl_y等金属间化合物，导致获得的TiAl基合金压坯致密度降低，并会导致碳钢包套中形成微孔。若保温时间足够长，则可能在碳钢包套中形成贯穿的通道，导致热等静压处理失败。然而，在1260℃以下热等静压，获取的粉末冶金TiAl基合金压坯为双态组织，室温塑性低，难以进行机械加工，限制了热等静压粉末冶金技术在制备TiAl基合金方面的使用范围。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术中碳钢包套在热等静压致密化TiAl基合金粉末的过程中耐温低的问题，提出一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，该方法中采用了在碳钢包套内表面与TiAl基合金粉末接触的地方添加氧化铝、氧化锆等陶瓷涂层，阻碍碳钢包套与TiAl基合金粉末直接接触，杜绝了Ti_xFe_y、Fe_xAl_y等金属间化合物的形成，提高了碳钢包套的使用温度，扩大了碳钢包套在热等静压致密化TiAl基合金的温度范围，为直接利用热等静压工艺获得高性能的TiAl基合金压坯提供了支持。

本发明的技术解决方案是：

一种使用碳钢包套制备TiAl基合金构件的方法，该方法的步骤包括：

(1)制备TiAl基合金构件的包套；

制备包套时按照TiAl基合金构件的尺寸要求设计包套的尺寸，制备包套的原材料为碳钢，包套包括包套盖、包套底、包套筒身和碳钢垫片；

(2)在包套盖的下表面、包套底的上表面、包套筒身的内表面和碳钢垫片的双面制备涂层；碳钢垫片的双面是指碳钢垫片的上表面和下表面；

涂层原料为Al₂O₃粉末、ZrO₂粉末、TiO₂粉末、Y₂O₃粉末中的一种或者两种以上的混合物；涂层可以为一层、两层或是多层，最顶端的涂层原料为Al₂O₃粉末；最顶端的涂层为与TiAl基合金粉末相接触的涂层；

涂层的制备方法为热喷涂、电弧沉积或CVD沉积；

涂层的总厚度为150～250μm；

(3)将包套底焊接在包套筒身的底部，焊接时采用氩弧焊，焊接完成后在焊接区域(即焊缝处)涂抹料浆，料浆为氧化物粉末和乙酸锆的混合物，氧化物粉末和乙酸锆的混合物中氧化物粉末和乙酸锆的体积比为1：(2-4)，涂抹料浆完成后用吹风机吹干，得到带底的包套筒；氧化物粉末为Al₂O₃、TiO₂、Y₂O₃中的一种或两种以上的组合物；