[发明专利]一种TiAl合金粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种TiAl合金粉末及其制备方法和应用，属于金属粉末技术领域。所述TiAl合金粉末包括以下质量百分比的元素：Al：34％～35％，Nb：4.5％～5.1％，Cr：2.4％～2.7％，Gd：0～0.02％，C：大于0且不大于150ppm，N：大于0且不大于200ppm，H：大于0且不大于100ppm，O：大于0且不大于700ppm，余量为Ti；所述TiAl合金粉末为球形，粒径为40μm～106μm，流动性为10.0～20.0s/50g，空心球率不大于0.5％。

技术领域

本发明涉及金属粉末技术领域，尤其涉及一种TiAl合金粉末及其制备方法和应用。

背景技术

增材制造(3D打印)是一种先导性、前沿性的智能制造技术，引领着传统生产方式的深刻变革，被认为是推动“第四次工业革命”的源动力之一，在医疗器械、航空航天等领域的应用潜力巨大。其中，金属增材制造是增材制造产业中发展速度最快、技术难度最大的板块。金属增材制造对于促进我国高端装备的品质提升以及跨越式发展具有重要意义。

金属增材制造技术主要包括电子束选区熔化(SEBM)、电子束熔丝沉积(EBDM)、激光选区熔化(SLM)、激光近净成形(LENS)等，目前这些技术已经成功用于不锈钢、Al基合金、Ti基合金、TiAl基合金等材料的制造。

作为电子束粉末床增材制造最重要的原材料之一，金属粉末是增材制造中最基础的技术环节，其质量的优劣对最终成形件产品质量的影响较大。TiAl合金粉末传统的制备方法为坩埚熔炼气雾化法，其制备的TiAl合金粉末存在杂质元素含量高、粉末球形度低以及粉末粒度分布不均匀等问题。国内电子束粉末床增材制造用高品质TiAl合金粉末主要依赖进口，粉末价格高昂，成为制约我国电子束粉末床增材制造技术快速发展的瓶颈之一。国外知名的粉末供应商主要采用无坩埚真空感应熔融气雾化(EIGA)制备TiAl合金粉末，虽然能够有效降低TiAl合金粉末的氧含量，但由于气雾化法的局限，粉末还存在氧含量较高的问题(约1000ppm)，并且粉末的空心率、球形度、颗粒均匀性等理化指标也不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TiAl合金粉末及其制备方法和应用，本发明制备的TiAl合金粉末氧含量低、空心率低、球形度高、粒度分布均匀。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种TiAl合金粉末，所述TiAl合金粉末包括以下质量百分比的元素：Al：34％～35％，Nb：4.5％～5.1％，Cr：2.4％～2.7％，Gd：0～0.02％，C：大于0且不大于150ppm，N：大于0且不大于200ppm，H：大于0且不大于100ppm，O：大于0且不大于700ppm，余量为Ti；

所述TiAl合金粉末为球形，粒径为40μm～106μm，流动性为10.0～20.0s/50g，空心球率不大于0.5％。

本发明提供了上述方案所述TiAl合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

将TiAl合金棒材进行精加工，得到TiAl合金电极棒；所述TiAl合金棒材包括以下质量百分含量的元素：Al：37％～39％，Nb：4.7％～5.1％，Cr：2.5％～2.9％，Gd：0～0.02％，C：大于0且不大于150ppm，N：大于0且不大于200ppm，H：大于0且不大于100ppm，O：大于0且不大于600ppm，余量为Ti；

将所述TiAl合金电极棒装载至反应室的旋转轴上，将所述反应室抽至真空状态，然后向真空状态的反应室中充入保护气体，以所述TiAl合金电极棒作为自耗电极，采用等离子旋转电极法制得TiAl合金粉末。

优选的，采用等离子旋转电极法制备TiAl合金粉末的条件包括：等离子弧电流为1700～1900A，电极转速为15000～25000r/min。