[发明专利]一种钛铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛铝合金，属于合金材料技术领域，所述钛铝合金的原料中元素的原子百分比为：Ti:46%‑49%、A1:46%‑49%、Cr:1.5%‑2.5%、Nb:1.5%‑2.5%、Gd:0.15‑0.3%；本发明还公开了上述钛铝合金的制备方法，其方法为以预合金Ti‑48Al‑2Cr‑2Nb和单质Gd粉为原料，采用等离子烧结的方法进行烧结得到在粉末颗粒边界分布富Gd相的双态组织；优选采用火花等离子烧结；本发明通过加入适量的Gd,并结合火花等离子烧结工艺，使合金的室温极限抗压强度提高，并且使高温氧化生成的氧化铝膜更致密，抑制了氧化钛的生长，减小了氧化膜的厚度，降低了氧化膜内的生长应力和热应力，预防了氧化膜的开裂；经800℃等温氧化实验500h后，所有含Gd合金未发现脱落与开裂，Gd的加入提高了合金的抗氧化性。

技术领域

本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种具备优异的力学性能及高温抗氧化性能的钛铝合金及其制备方法。

背景技术

钛铝基合金由于具有低密度、高比强度和优异的抗蠕变性能等优异的力学性能，近年来在航空航天工程中被用来替代镍基高温合金作为高温结构材料。TiAl合金已用于新一代涡轮发动机的650-750℃结构，特别是Ti-48Al-2Cr-2Nb合金作为“经典”的钛铝合金由于其良好的综合性能经过多年的发展仍得到广泛应用。

尽管如此，由于其机械加工性差，钛铝合金的应用仍然受到一定限制，为了提高钛铝合金的塑性，通常加入合金元素形成三元或四元合金，例如铬和锰等。但是Y.Garip等在《A study of the cycle oxidation behavior of the Cr/Mn/Mo alloyed Ti-48Al-based intermetallics prepared by ECAS》(Journal of Alloys and Compouds[J],2019)中指出：由于掺杂效应，添加具有比Ti化合价低的Cr会引入氧空位，导致TiO₂生长速率增加，不利于合金的抗氧化性。

同时，L.Mengis等在《Oxidation behaviour and related microstructuralchanges of twoβ0–phase containing TiAl alloys between 600℃and 900℃》(Corrosion Science[J],2021)中表明：Nb在高温氧化方面是有利的，因为其具有正的掺杂效应，但是2at.％Nb的有效性并不足以抵消铬的负面影响。且GE4822合金在600℃及700℃氧化100小时时，其增重很低，可以忽略，而到了800℃，氧化已经非常严重。这也说明合金在800℃的应用受到很大限制。

同样，Kai Zhang等在《Improving oxidation resistance ofγ-TiAl basedalloy by depositing TiAlSiN coating:Effects of silicon》(Corrosion Science[J],2021)中研究发现基础的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在900℃时循环氧化仅5小时，氧化皮就已开始剥落。

因此提高钛铝合金的力学性能同时提高高温抗氧化性对钛铝合金的应用及发展有着至关重要的作用。

目前，为了协调钛铝合金的强度和塑性，普遍的方法是添加合金元素，但是许多合金元素如Mn,V,Mo，Cr和Zr反而会降低钛铝合金的高温抗氧化性，为了提高钛铝合金的高温抗氧化性，一般可以在合金表面沉积涂层，但是涂层与基体往往不能形成良好结合。

发明内容

本发明的目的之一，就在于提供一种具备优异的力学性能和高温抗氧化性能的钛铝合金，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种钛铝合金，原料中元素的原子百分比为：Ti:46％-49％、A1:46％-49％、Cr:1.5％-2.5％、Nb:1.5％-2.5％、Gd:0.15-0.3％。