[发明专利]一种简捷的金属间化合物制备与成型方法

说明书

本发明提出一种金属间化合物的制备与成形方法。

金属间化合物具有优异的高温强度特征，在未来的飞机引擎，汽轮机叶片，宇航飞行器等对耐热、轻质有要求的部件上有着诱人的应用前景。

目前金属间化合物的制备方法主要有铸造法和粉末烧结法，铸造法是在特殊的熔炼炉中通过调整液态金属成份，得到金属间化合物，成形时的铸模也需较特殊的耐热材料，该方法可以得到均匀的金属间化合物形材，但设备工艺复杂价格昂贵。

粉末烧结法是根据金属间化合物的化学组成，用相应的金属粉末混合制成予制块然后再高温烧结而成，这种方法的主要问题是在烧结过程中由于材料比容减少而不可避免地出现大量空洞，为得到健全的材料还要再进行一次等静压(HIP)加工，因此工艺造价高，而且难以精密成形。

本发明的目的是针对目前金属间化合物制备工艺复杂成本昂贵，成形困难等问题而提出一种简单的高效率的高致密度金属间化合物的制造与成形方法。

本发明的详细内容是按下述步骤实现的：

(1)选用下述高融点金属钛(Ti)、镍(Ni)、铌(Nb)、铁(Fe)、锆(Zr)中至少一种以上的粉末，在具有一定形状的设有排气孔的金属模具中按金属间化合物的成份比例装填，压制成予制块。

(2)将予制块连同模具加热至680～700℃。

(3)再将组成金属间化合物的低熔点金属铝或铝合金熔化，升温到780～840℃。

(4)采用挤压排气铸造法将模具置于压力机上，在模具内浇注低熔点金属溶液，再加压使熔液渗入到予制块内部，在渗入的同时，予制块与熔液即发生反应生成金属间化合物。

(5)保持压力40～50MPa，自然冷却到400℃左右后脱模，取出具有一定形状的金属间化合物。

在步骤(1)中，在高融点金属粉末中，可混合加入适量的下列韧化元素铬(Cr)、铌(Nb)、锰(Mn)、钼(Mo)、钒(V)、硅(Si)的金属粉末中的一种或一种以上。

本发明将金属间化合物中的高熔点金属粉末按欲生成的金属间化合物的成份比例，充填到底部没有排气孔的模具内形成予制块，再将其放入金属模具中予热，再在简单的压力铸造设备上借助外界压力将熔化到一定温度的构成金属间化合的低熔点金属渗透到予制块中去，利用金属间化合物生成的热力学条件，在渗透的同时即反应生成金属间化合物，再经保持压力，冷却之后即得到予计的具有设计形状的金属间化合物。

另外为得到较高的韧性，在予制块中还可以适当混入韧化元素的粉末，或予先使低熔点金属合金化。

本发明提供了一个制备金属间化合物的新方法，该方法效率高，成本低，方法简单，设备简单，并可一次成形，材料质量好，为金属间化合物的制造和成形，开辟了一个新途径。

实施例1：    

金属粉末采用钛粉(Ti)，金属熔液采用工业纯铝。

(1)在型腔体积为φ32×50mm的模具的下半部将Ti粉装入，制成φ32×20mm，体积率为51.8％的予制块，模具底部开有φ1mm的排气孔20个。

(2)将带有予制块的模具加热至680℃，同时将铝液加热至840℃。

(3)在压力机上将铝液浇注至模具型腔的上半部，在冲头的介助下加压溶渗(加压力为40MPa)。

(4)保持压力自然冷却至400℃后脱模，得到φ32×20mm圆台状的TiAl金属间化合物。

实施例2：

金属粉末选用镍(Ni)粉，金属溶液采用工业纯锰。

1.在型腔尺寸为φ32×50mm的带有25个排气孔的模具的下半部，将Ni粉装入，制成φ32×20mm，体积率为39.8％的予制块。

2.将带有予制块的模具加热至670℃，同时将锰液加热至820℃。

3.在压力机上将锰液浇铸至模具型腔的上半部，然后利用冲头实施加压溶渗，加压力为50MPa。

4.保持压力，自然冷却至400℃左右脱模，得到φ32×20mm圆台状，NiAl金属间化合物。

实施例3：

金属粉末选用Ti粉，金属溶液采用Al-Si系合金，其中Si为韧化成份。

1.在模具型腔为φ32×50mm底部设有排气孔25个，将Ti粉末按51.8％的体积比充填，制成φ32×25mm的予制块。

2.将模具连同予制块加热至700℃同时将锰液加热至780℃。

3.在压力机上，将锰合金熔液浇铸到模具型腔的上半部然后在冲头的介助下加压溶渗，压力为55MPa。

4.保持压力自然冷却至400℃左右脱模，得到含有韧化元素硅Si的TiAl金属间化合物。

实施例4：