CN106367624B - 高抗酸蚀Y微合金化TiAl基合金 - Google Patents

高抗酸蚀Y微合金化TiAl基合金 Download PDF

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Abstract

一种制备高抗酸蚀的含单质稀土Y的TiAl基合金，其特征是它由高能球磨—冷压成形—无压真空烧结组成。其中，该材料主要由Ti、Al、V、Nb、Y五种粉末组成，其名义成分为Ti‑45Al‑5V‑4Nb‑0.3Y（at.%）。本发明制备的TiAl基合金腐蚀100 h后，合金的质量损失为0.00487 g/cm2，抗酸蚀性能优异。本发明作为TiAl基合金的一种制备方法，拓宽了TiAl基合金的应用范围，在汽车、航天、航海等领域中作为耐蚀材料具有广泛的应用前景。

Description

高抗酸蚀Y微合金化TiAl基合金
技术领域
本发明涉及一种材料技术，尤其是一种TiAl基合金，具体地说是一种高抗酸蚀的含单质稀土Y的TiAl基合金。
背景技术
TiAl基合金由于具有密度低、高温强度好、阻燃、抗氧化和抗蠕变能力强等特点，作为新型轻质耐高温结构材料，在航空航天领域极具竞争力和发展潜力。
TiAl基合金的制备技术中应用较多的是铸造和粉末冶金等。铸态的TiAl基合金由于其粗大的全片层组织，成分不均，以及铸造合金的常见缺陷，导致其力学性能较差，室温塑性很低。而粉末冶金恰恰能克服铸造的上述缺陷，并且具有易于添加元素和复合材料的优点，目前已成为制备TiAl基合金的重要技术之一。
近年来，随着我国航空航天、军事、汽车快速的快速发展，TiAl基合金受到广泛关注。提高材料的综合性能，有利于TiAl基合适用更复杂的环境。通过制备含稀有元素的TiAl基合金能显著提高材料的性能，带来很大的经济效益。件据申请人所知，尚未有通过粉末冶金来制备含单质稀土Y的TiAl基合金的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的TiAl基合金抗腐蚀性能差的剖，发明一种高抗酸蚀的含单质稀土Y的TiAl基合金，它具有优异的抗酸蚀性能等优点，而且具有操作简单、易实现，具有优良的经济性。
本发明的技术方案是：
一种高抗酸蚀的含单质稀土Y的TiAl基合金，其特征是它是由Ti、Al、V、Nb产Y粉末利用高能球磨—冷压成形—无压真空烧结制备而成。
所述的Ti、Al、V、Nb、Y五种粉末的名义成分为Ti-45Al-5V-4Nb-XY（at.%），X的取值为0.2-0.4。
所述的Ti、Al、V、Nb、Y五种粉末的名义成分为Ti-45Al-5V-4Nb-0.3Y（at.%）。
所述的Ti、Al、V、Nb、Y五种粉末的均为纳米粉。
所述的高能球磨工艺参数为：Φ10 mm、Φ6 mm、Φ4 mm的玛瑙珠若干，球料比为10:1，转速为300 r/min，球磨1 h停15 min，球磨总时间为48 h。
所述的冷压成形工艺参数为：压力为1000 MPa。
所述的无压真空烧结工艺参数为：先预烧至600 ℃，保温2h后升温到800 ℃，保温2h后升温到1100 ℃，保温4 h后随炉冷却；其中真空度为10-1 Pa，升温速率为10 °/min。
具体制备步骤如下：
步骤1，高能球磨：将Ti、Al等复合粉末进行高能球磨，具体球磨工艺参数：Φ10mm、Φ6 mm、Φ4 mm的玛瑙珠若干，球料比为10:1，转速为300 r/min，球磨1 h停15 min，球磨总时间为48 h。
步骤2，粉末压制：将机械球磨且烘干的粉末按一定的量装入ø30mm的模具中，再在100 t四柱液压机上进行压制成坯体，压制时是压力为1000 MPa，压制出来的坯体厚度为2-5 mm。
步骤3，真空烧结：将压制好的块体体放置于电热干燥箱中以120℃的温度干燥10h后，放置于真空烧结炉中进行烧结，抽真空至10-1后进行烧结升温，升温速率为10 ℃/min。先预烧至600 ℃，保温 2 小时后温度升至 800 ℃，保温2小时后温度升至 1100 ℃，保温4小时后随炉冷却。
步骤 4，浸泡腐蚀试验：采用常温浸泡腐蚀，在密闭的容器中进行。将烧结好的块体材料切成10 mm×10 mm×3 mm大小的样品，两个正方形的表面分别在120#、280#、500#、800#、1000#的金相砂纸上对其打磨，而后在抛光机上采用Al2O3抛光液和金刚石抛光剂将试样抛光。选用溶液为1 mol/L的HCl，浸泡时间为100 h，采用光学天平（精度0.0001 g）称量质量，每过一定时间将腐蚀的试样从腐蚀液中取出、干燥、称重记录。为了保证腐蚀的均匀性，腐蚀液每过24 h进行一次更换。利用扫描电镜（SEM）对腐蚀后表面及横截面形貌进行观察。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过高能球磨—冷压成形—无压真空烧结工艺，获得的一种含单质稀土Y的TiAl基合金，提供了一种可工业化生产的工艺方法。
（2）采用该法制备的含单质稀土Y的TiAl基合金具有优异的抗酸蚀性能。
附图说明
图1是实施例一烧结表面的形貌图。
图2是实施例一烧结表面的X射线衍射图。
图3是实施例一浸泡100h的腐蚀动力学曲线。
具体实施方式：
以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步说明。
实施例一。
将Ti、Al等复合粉末（纳米级）按名义成分Ti-45Al-5V-4Nb-0.3Y（at.%）称取混合进行高能球磨，具体球磨工艺参数：Φ10 mm、Φ6 mm、Φ4 mm的玛瑙球珠若干（按重量比等比分配不同球径的球珠），球料比为10:1，转速为300 r/min，球磨1 h停15 min，球磨总时间为48 h。将机械球磨且烘干的粉末按一定的量装入Φ30 mm的模具中，再在100 t四柱液压机上进行压制成坯体，压制时是压力为1000 MPa，压制出来的坯体厚度为2-5 mm。将压制好的块体体放置于电热干燥箱中以120 ℃的温度干燥10 h后，放置于真空烧结炉中进行烧结，抽真空至10-1 Pa后进行烧结升温，升温速率为10 ℃/min。先升温至600 ℃，保温2 h预烧；然后温度升至800 ℃，保温2 h；温度升至1100 ℃，保温4 h；最后随炉冷却。
采用上述方法制备的含单质稀土Y的TiAl基合金组织较为均匀细小，存在少量空隙（图1）；合金主要组成相为TiAl、Ti3Al以及Ti相（图2）；腐蚀100 h后，合金的质量损失为0.00487 g/cm2（图3），抗酸蚀性能优异。
对比例一。
将Ti、Al等复合粉末按名义成分Ti-45Al-5V-4Nb-0.3Y（at.%）称取混合进行高能球磨，具体球磨工艺参数：Φ10 mm、Φ6 mm、Φ4 mm的玛瑙珠若干，球料比为10:1，转速为300 r/min，球磨1 h停15 min，球磨总时间为48 h。将机械球磨且烘干的粉末按一定的量装入Φ30 mm的模具中，再在100 t四柱液压机上进行压制成坯体，压制时是压力为1000 MPa，压制出来的坯体厚度为2-5 mm。将压制好的块体体放置于电热干燥箱中以120℃的温度干燥10 h后，放置于真空烧结炉中进行烧结，抽真空至10-1 Pa后进行烧结升温，升温速率为10℃/min。先预烧至600 ℃，保温2 h后温度升至 800 ℃，保温2 h后温度升至 1000 ℃，保温2 h后温度升至 1250 ℃，再次保温2 h最后随炉冷却。
采用上述方法制备的含单质稀土Y的TiAl基合金组织有很多空隙；腐蚀100h后，合金的质量损失为0.01714 g/cm2（图3）。
对比例二。
将Ti、Al等复合粉末按名义成分Ti-45Al-5V-4Nb（at.%）称取混合进行高能球磨，具体球磨工艺参数：Φ10 mm、Φ6 mm、Φ4 mm的玛瑙珠若干，球料比为10:1，转速为300 r/min，球磨1 h停15 min，球磨总时间为48 h。将机械球磨且烘干的粉末按一定的量装入Φ30mm的模具中，再在100 t四柱液压机上进行压制成坯体，压制时是压力为1000 MPa，压制出来的坯体厚度为2-5 mm。将压制好的块体体放置于电热干燥箱中以120 ℃的温度干燥10 h后，放置于真空烧结炉中进行烧结，抽真空至10-1 Pa后进行烧结升温，升温速率为10 ℃/min。先预烧至600 ℃，保温2 h后温度升至 800 ℃，保温2 h后温度升至 1000 ℃，保温2 h后温度升至 1250 ℃，再次保温2 h最后随炉冷却。
采用上述方法制备的不含单质稀土Y的TiAl基合金腐蚀100 h后，合金的质量损失为0.09637 g/cm2（图3）。
实施例二。
本实施例与实施例一的区别在于将Ti、Al等复合粉末（纳米级）按名义成分Ti-45Al-5V-4Nb-0.2Y（at.%）称取混合进行高能球磨。制备所得的合金性能与实施例一相近似。
实施例三。
本实施例与实施例一的区别在于将Ti、Al等复合粉末（纳米级）按名义成分Ti-45Al-5V-4Nb-0.4Y（at.%）称取混合进行高能球磨。制备所得的合金性能与实施例一相近似。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种高抗酸蚀的含单质稀土Y的TiAl基合金，其特征是它是由Ti、Al、V、Nb和Y粉末利用高能球磨—冷压成形—无压真空烧结制备而成；所述的Ti、Al、V、Nb、Y五种粉末的名义成分为Ti-45Al-5V-4Nb-XY（at.%），X的取值为0.2-0.4；所述的高能球磨工艺参数为：Φ10mm、Φ6 mm、Φ4 mm的玛瑙珠若干，球料比为10:1，转速为300 r/min，球磨1 h停15 min，球磨总时间为48 h；所述的无压真空烧结工艺参数为：先预烧至600 ℃，保温2h后升温到800℃，保温2h后升温到1100 ℃，保温4 h后随炉冷却；其中真空度为10-1 Pa，升温速率为10℃/min。
2.根据权利要求1所述的高抗酸蚀的含单质稀土Y的TiAl基合金，其特征在于所述的Ti、Al、V、Nb、Y五种粉末的名义成分为Ti-45Al-5V-4Nb-0.3Y（at.%）。
3.根据权利要求1或2所述的高抗酸蚀的含单质稀土Y的TiAl基合金，其特征在于所述的Ti、Al、V、Nb、Y五种粉末的均为纳米粉。
4.根据权利要求1所述的高抗酸蚀的含单质稀土Y的TiAl基合金，其特征在于所述的冷压成形工艺参数为：压力为1000 MPa。
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