[发明专利]一种低氧低氮含量钛铝合金锭的制备方法

说明书

一种低氧低氮含量钛铝合金锭的制备方法，它涉及合金领域。本发明采用电子束熔炼时高能电子束轰击材料表面，能量密度高，局部区域升温熔化，间隙原子迅速逸出，以达到精炼TiAl合金的目的，得到低氧低氮含量钛铝合金锭。本发明自动化程度高，参数可以灵活调节，熔炼提纯质量好。熔炼过程自动化程度高，熔炼参数调节方便，材料组织稳定，复现性和重复性好，适用于多种难熔金属和半导体材料，该技术在金属冶炼、航空航天、通讯电子领域能体现明显的技术优势和经济效益。本发明应用于钛合金及钛铝金属间化合物领域。

技术领域

本发明涉及合金领域，具体涉及一种低氧低氮含量钛铝合金锭的制备方法。

背景技术

作为一种新型轻质耐高温结构材料，TiAl合金在服役温度区间具有无可比拟的密度优势，具有更高的比强度和比刚度，优异的高温屈服强度和蠕变性能，其使用温度和抗氧化性也高于传统高温钛合金。未来在新能源汽车、航空航天领域及其他耐高温环境中TiAl合金具有广阔的应用前景。但TiAl合金室温塑性差，损伤容限低，零件稳定性和可靠性也受到影响，增加了后续机械加工和零件装配过程的难度，阻碍了材料的工程化应用。

电子束熔炼在真空中进行，熔炼提纯质量好。熔炼过程自动化程度高，熔炼参数调节方便，材料组织稳定，复现性和重复性好，适用于多种难熔金属和半导体材料，该技术在金属冶炼、航空航天、通讯电子领域能体现明显的技术优势和经济效益。

目前，国内外对提高TiAl合金室温塑性给出了多种方法，其中降低间隙原子含量可以提高晶胞的对称性，降低晶格畸变和位错滑移阻力，改善材料的室温塑性。研究发现铸锭中氧含量和氮含量升高会导致材料室温强度提高，超过固溶极限析出的氧化物和氮化物对高温组织稳定性和力学性能有利，但材料的室温塑性剧烈下降甚至消失。为了保证材料具有适当的室温塑性，通常认为TiAl合金中氧含量应小于1000ppmw，氮含量应小于300ppmw。由于钛化学性质活泼对O、N原子结合能力强，在熔炼过程中无法加入脱氧剂利用化学反应的方式降低间隙原子含量，因此选用高纯原料进行熔炼是TiAl合金制备的前提，除原料的影响外，熔炼方式和熔炼参数的选择也是制备高纯TiAl合金铸锭的有效手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高TiAl合金室温塑性的方法，采用电子束熔炼时高能电子束轰击材料表面，能量密度高，局部区域升温熔化，间隙原子迅速逸出，以达到精炼TiAl合金的目的，得到低氧低氮含量钛铝合金锭。

本发明的一种低氧低氮含量钛铝合金锭的制备方法，它是按以下步骤进行：

一、配料：按照所需的γ-TiAl合金的名义化学成分称取合金原料，并保证合金中Al的摩尔分数为44～60％；

二、清洗：将步骤一中称量的原料采用超声清洗，原料在清洗后放入干燥箱干燥；

三、铺料：按照上层为海绵钛，中间层为铝豆和中间合金，底层为海绵钛的顺序将原料放入电子束熔炼炉内部的水冷铜坩埚内，关闭炉门，对熔炼炉进行抽真空；

四、熔炼准备：启动电子枪高压调至30kV，束流调至0，保持1min；电子枪高压调至0，束流调节至120mA进行阴极预热，阴极预热完成后，将束流降低至0mA，开启高压至30kV；对熔炼室和电子枪室进行低真空操作，当电子枪的真空度达到10Pa以下即可开始抽高真空直至熔炼室达到5×10^-2Pa以下，电子枪室真空度小于5×10^-3Pa后，预热灯丝开始激发电子束；

五、熔炼：铺放好的合金原料在真空环境中熔炼两次，在第二次熔炼前将材料翻转放置，两次熔炼的条件均为：调节电子束枪的束流至100～500mA，熔炼时间为10～20min，熔炼温度为1550～1700℃；

六、精炼：对上一步熔炼后的原料进行精炼，其中精炼的条件：电子束枪束流为300～600mA，熔炼时间为5～10min，熔炼温度为1600～1700℃；即完成所述的低氧低氮含量钛铝合金锭制备。