[发明专利]一种钛铝合金γ-TiAl的制备方法及装置

说明书

本发明涉及金属材料制备技术领域，具体涉及一种钛铝合金γ‑TiAl的制备方法及装置，包括如下步骤：准备烘干后的原材料：二氧化钛粉末、铝粉、钙粉和氯酸盐；将搅拌均匀后所得的混合物放入到氧化铝陶瓷坩埚中，然后将氧化铝陶瓷坩埚放置到密闭的不锈钢容器中；在不锈钢容容器外侧包覆石墨发热体，然后整体放入到真空感应炉体中进行真空感应加热，反应结束后，停止真空感应加热；待不锈钢容器随氧化铝陶瓷坩埚冷却到200℃时，取出反应产物钛铝合金和铝酸钙。本发明提供了一种钛铝合金γ‑TiAl的制备方法及装置，采用低成本的原料和设备即可获得钛铝合金γ‑TiAl，工艺简单，操作方便，克服了现有制备方法成本昂贵的缺陷，大大降低了成本，绿色环保。

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，具体涉及一种钛铝合金γ-TiAl的制备方法及装置。

背景技术

钛具有低密度、高比强度、高熔点、抗氧化和抗腐蚀性等优异性能，是一种独特的战略材料，在化工、运动器材、医疗器械、航空航天等重要领域有着关键的作用。然而，这种材料的广泛应用遇到了重大挑战，高的生产成本使钛合金的大批量生产应用受到了阻碍。在许多系统零件中，钛合金的应用增强了其可靠性和耐用性，并延长了使用寿命，这一点是相较于其他材料优势明显。

钛铝合金(TiAl合金)具有优异的特性，如高比强度、抗氧化性和高温下的机械性能。因此，这种合金可用作高温条件下的结构材料。

在航空航天领域，γ-钛铝化合物是继传统镍基高温合金之后最先进的材料，在喷气发动机部件中，利用γ-TiAl合金代替镍基高温合金，使部件的重量大幅降低，从而提高了速度和效率。然而，γ-TiAl价格昂贵不能广泛使用。值得一提的是，用于生产钛铝的真空电弧重熔(VAR)，真空感应熔炼(VIM)和电渣重熔(ESR)等技术需要使用金属钛和铝以及几次重熔工艺来达到所需的化学组成，这就造成了铝化钛的价格在200美元/公斤以上，在许多应用中过高的成本而使其受限。

例如，公开号为CN103409628A的中国发明专利提供了一种低成本的TiAl合金制备方法，该发明解决的技术问题是提供一种采用铝热还原法制备TiAl合金的方法。该方法制备TiAl合金的方法，具体步骤如下：按质量比取钛源：还原剂：造渣剂：发热剂＝1:0.65～0.85:0.27～0.42：0.15～0.25，混匀，点火、于1900～2100℃冶炼1～2分钟、冷却、出渣得到钛铝合金。

公开号为CN103805810A的中国发明专利提供了一种TiAl合金的制备方法，该方法用Ti箔和Al箔叠层放入模具中，加热至铝熔点以上的温度，进行热处理；在等离子放电烧结炉中对模具中的叠层的Ti箔和Al箔进行等离子放电烧结。

国际专利US2011219912A1公开了一种真空电弧重熔制备γ-TiAl基合金的方法，该方法是用γ-TiAl基合金通过(β-相(β-γ-TiAl基合金)固化，该方法步骤如下：通过真空电弧重熔熔化含有至少一种钛和/或(β-四氢呋喃)的常规γ-TiAl初级合金，形成基本熔化电极。与待生产的(β-γ-TiAl基合金)相比元素存在形式较稳定；将一定量的钛和/或(β-稳定化元素)分配给基本熔化电极，此时减少用量，钛和/或(β-稳定元素，使其在基本熔化电极的周边上均匀分布；将用量配比调好的的钛和/或(β-稳定化元素)添加到基本熔化电极中在最终的真空电弧重熔步骤中形成均匀的(β-γ-TiAl基合金)。

上述制备钛铝合金的方法，不仅工艺较为复杂，而且制备成本较高，高的生产成本使钛合金的大批量生产应用受到了阻碍。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种钛铝合金γ-TiAl的制备方法及装置，工艺简单，绿色环保，成本低，克服了现有技术中钛铝合金制备成本高所导致的应用局限性问题。

为了达到上述技术效果，本发明包括以下技术方案：本发明提供了一种钛铝合金γ-TiAl的制备方法，包括如下步骤：